[發明專利]一種三元正極材料組分優化方法

在審

• 申請號: 202110447033.0
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113178563A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 張新宇;王瓏;敬永康;王圣賢;周心安
• 申請（專利權）人: 青海綠草地新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;G16C60/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李越

本發明公開了一種三元正極材料組分優化方法，其步驟為：S1、預設四組不同組分含量的三元材料；S2、選取代表性的性能評價指標；S3、根據選取的性能評價指標給預設的四組三元材料評分；S4、根據四組材料評分，獲得一組嘗試性的三元材料，并獲得相應評分；S5、根據嘗試性的三元材料評分，判斷優化系數α；S6、根據優化系數α，獲得新的一組三元材料，獲得其性能指標評分；S7、若新的一組三元材料性能評分符合預期，則該三元材料為目標組分材料；否則將其取代預設四組材料中評分最低的材料構成新的四組材料，進入S3進行優化循環。本發明提供的組分優化方法可有效地提升組分優化效率，減小優化過程復雜性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料領域，具體涉及一種三元正極材料組分優化方法。

背景技術

正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，其物理化學特性很大程度決定了鋰離子電池的能量密度和功率密度。隨著對鋰離子電池性能要求不斷提高，開發高性能鋰離子電池正極材料變得尤為重要。

三元LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)正極材料很好的利用了傳統一元正極材料LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂之間的協同效應，兼具比容量高、循環穩定性好、安全、環保等優勢，是目前研究的重點。在LiNi_xCo_yMn_zO₂正極材料中，其性能主要由過渡金屬離子的電化學特性所決定的。通常認為，Ni具有較高的電化學活性，能夠可逆的參與氧化還原反應，貢獻材料的大部分容量，但鎳含量過高會影響材料的循環性能、熱穩定性和安全性；Mn具有電化學惰性且Mn-O鍵具有較大的健強，有利于結構穩定性，但Mn含量增加會以犧牲材料的容量為代價；Co具有高的電子電導率可以有效的提升材料的倍率性能，但Co成本昂貴會增加材料的成本。因此，通過優化Ni-Co-Mn組分的比例是提升材料的電化學性能一條有效途徑。

在優化實驗中，正交設計法、均勻設計法等是最為常見方法，但它們存在以下弊端：受因素數的影響，隨因素數的增加試驗次數大量增加；同時隨著因變量的增加實驗的復雜性也會急劇增加。因此，現有的優化方法已不能滿足對三元正極材料組分這種“多因變量-多自變量”體系的優化需求，開發一種針對三元正極材料組分優化的方法十分必要。

發明內容

本發明的目的在于開發一種三元正極材料組分優化方法，以提升優化的效率、減小優化過程的復雜性。

本發明提供了一種三元正極材料組分優化方法，包括步驟如下：

S1、預設四組不同組分含量的三元材料；

S2、運用敏感度分析選取代表性的性能評價指標；

S3、根據選取的性能指標運用歸一化方法給預設的四組三元材料評分；

S4、根據四組三元材料評分，運用單純形變化獲得一組嘗試性的三元材料，并獲得相應性能指標評分；

S5、根據嘗試性的三元材料評分，獲得優化系數α；

S6、根據優化系數α進行單純形變化，獲得新的一組三元材料，獲得性能指標評分；

S7、若新的一組三元材料性能評分符合預期，則該三元材料為目標組分材料；否則將其取代預設四組材料中評分最低的材料構成新的四組材料，進入步驟S3進行優化循環。

進一步的，在步驟S2中性能評價指標可以是阻抗、充放電效率、容量、倍率性能、循環性能中的至少一種。

進一步的，在步驟S2中性能評價指標依據性能的敏感度來獲取，比較相同組分變化范圍內性能的絕對變化率，選取絕對變化率大的性能作為評價指標。