[發明專利]一種高溫性能穩定的鎳正極材料及制備方法、鋰電池正極片和鋰電池

有效

• 申請號: 202110390061.3
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113363459B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王軍華;曹杰;王錠笙;鄭利峰
• 申請（專利權）人: 萬向一二三股份公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131;H01M10/052;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;李博

本發明涉及鋰電池及鋰電池鎳正極材料技術領域，針對鎳正極材料由于含有碳酸鋰等而影響高溫穩定性的問題，公開一種高溫性能穩定的鎳正極材料，該鎳正極材料內部碳酸鋰濃度≤400ppm，通過控制鎳正極材料的前驅體的比表面積和一次煅燒的溫度實現。本發明的高鎳三元正極材料，更關注鎳正極材料內部的碳酸鋰含量。鎳正極材料內部隱藏碳酸鋰含量較低，可以有效提升鎳正極材料以及制備的鋰電池高溫存放后的穩定性以及高溫下循環工作的穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰電池及鋰電池鎳正極材料技術領域，具體涉及一種高溫性能穩定的鎳正極材料及制備方法、鋰電池正極片和鋰電池。

背景技術

隨著高能量密度鋰離子電池需求的不斷上漲，高鎳三元材料由于其高容量及較低原材料成本得到廣泛關注。但是高鎳三元正極材料的高溫穩定性能，包括高溫循環性能和高溫存放性能比較低，這主要是因為高鎳三元正極材料在空氣中穩定性非常低，容易分解產生氫氧化鋰、碳酸鋰等雜質，即殘鋰。而碳酸鋰等在電池循環過程中尤其是高溫條件下產氣，嚴重影響材料和電池的循環及存儲性能。另外正極片的高壓實制備也容易導致高鎳三元正極材料二次顆粒部分開裂或破碎，碳酸鋰在鋰電池高溫循環及存儲過程中產生的氣體會進一步誘發顆粒破碎，從而導致電池容量衰減，因此控制鎳正極材料的殘鋰含量對于維持鋰電池的高溫性能具有重要意義。中國專利CN106770244A公開了通過酸堿中和滴定法來檢測表面碳酸鋰的含量，從而評估材料的穩定性，但是該專利文件沒有給出如何獲得高溫穩定性的高鎳正極材料的教導。

發明內容

針對鎳正極材料由于含有碳酸鋰等而影響高溫穩定性的問題，本發明的目的在于提供一種高溫性能穩定的鎳正極材料，以提高高鎳正極材料制備的鋰電池的高溫穩定性。

本發明的另一目的在于提供上述高溫性能穩定的鎳正極材料的制備方法。

本發明的再一目的還在于提供使用上述鎳正極材料的鋰電池正極片以及鋰電池。

本發明提供如下的技術方案：

一種高溫性能穩定的鎳正極材料，鎳正極材料的通式為：

Li_1+a(Ni_xMn_yCo_zA_b)_1-aO₂，其中：

0.5x≤0.9、0.1z≤0.2且x+y+z＝1，

0b≤0.01，

A為高鎳三元正極摻雜元素，

0.01≤a≤0.2，

以含碳量表示，所述鎳正極材料內部的碳酸鋰濃度≤400ppm。

目前針對鎳正極材料中殘鋰的研究主要聚集在表面碳酸鋰上，對內部碳酸鋰含量的控制研究較少。而發明人的研究發現，與表面碳酸鋰相比，內部碳酸鋰含量將會更加明顯的影響鋰離子電池的高溫穩定性及循環穩定性。因此本申請技術方案中提供的鎳正極材料重點控制內部碳酸鋰的濃度，將內部碳酸鋰的質量含量控制在400ppm以下將顯著的提升鋰電池的高溫性能，尤其是軟包鋰離子電池的高溫性能。高溫循環或存放后，鋰離子電池如軟包鋰離子電池將保持更高的容量保持率和容量恢復率，且鋰電池循環性能得到提升。

作為本發明的優選，A為Al、Mg、Zr和Ti中的至少一種。

上述高溫性能穩定的鎳正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)按量取鎳正極材料的前驅體Ni_xMn_yCo_zOOH與LiOH·2H₂O，高速混合得到混合物，其中前驅體Ni_xMn_yCo_zOOH的比表面積≤25m²/g；