[發明專利]一種NCM三元正極材料及其制備方法與鋰離子電池

在審

• 申請號: 202110519014.4
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113206238A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 祝宏帥;韓歲伍;趙生榮;李倩偉;譚明勝;何巍
• 申請（專利權）人: 湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種NCM三元正極材料及其制備方法與鋰離子電池，所述制備方法包括如下步驟：(1)混合鈦源、有機溶劑和模板劑，攪拌后得到含鈦溶液；(2)攪拌條件下混合三元正極材料和去離子水，輔以超聲震蕩后得到懸濁液；(3)攪拌條件下將步驟(1)所得含鈦溶液勻速注入步驟(2)所述懸濁液中，離心分離后得到固體物料；(4)依次對步驟(3)所得固體物料進行洗滌、干燥以及熱處理后得到包覆TiO₂的NCM三元正極材料。本發明提供的NCM三元正極材料的TiO₂包覆層為非均相包覆層，具有均勻、致密的特點，可以提升三元電極材料的導電性能、熱穩定性和倍率性能；且制備流程短、操作簡便，易于實現。

技術領域

本發明屬于電池電極材料領域，涉及一種NCM三元電極材料，尤其涉及一種包覆TiO₂的NCM三元正極材料及其制備方法與應用。

背景技術

三元材料(LiNi_xCo_yMn_zO₂)兼具LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn_zO₂的優點。在三元材料中，鎳為主要活性元素。一般來說，鎳的相對含量越高，三元材料的理論放電容量越高。

三元材料具有較高的比容量、能量密度和功率密度，比較穩定地性能，從而成為商業正極的熱門材料。但是三元材料的電化學性能、熱穩定性、結構穩定性還需進一步提高。對三元材料進行包覆，可以為三元活性電極材料提供一個保護層，避免其與電解液直接接觸，很大程度上地降低了一系列副反應，比如，減少過渡金屬的析出、形成更薄的SEI膜、降低氧原子的析出等，從而提高帶電化學穩定性。除此之外，通過篩選合適的包覆材料，鋰離子電子導電性能、熱穩定性得到顯著地提高，因此得到很好地倍率和循環性能。

CN 104393277A公開了一種表面包覆金屬氧化物的鋰離子電池三元材料及其制備方法，所述制備方法包括如下步驟：步驟1，將可溶金屬鹽加入到分散劑溶液中，充分分散均勻；步驟2，將正極材料加入到步驟1所得溶液中進行攪拌，攪拌時間1-5小時；步驟3，向步驟2中的溶液加入堿金屬氫氧化物的水溶液，調節溶液的pH值至7-12，過濾，烘干，得到表面包覆氫氧化物的正極材料；步驟4，將上述表面包覆氫氧化物的正極材料，在400℃-700℃下熱處理，得到表面包覆金屬氧化物的三元正極材料。該方法直接將正極材料加入到包含有金屬鹽的溶液中，使得包覆層不均勻，在烘干、熱處理過程中極易開裂。

CN 110648860A公開了一種包覆聚合鋁-石墨烯的三元材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：(1)混合聚乙烯吡咯烷酮與液態介質，在攪拌的同時加入石墨烯粉末，超聲波震蕩處理后得到石墨烯溶液；(2)混合石墨烯溶液與稀釋溶液，得到聚合鋁-石墨烯溶液；(3)將三元材料與液態介質均勻混合為混合溶液2；(4)將聚合鋁-石墨烯溶液和混合溶液2均勻混合為混合溶液3，在連續攪拌的條件下，滴加氨水至混合溶液3的酸度落在pH8-12范圍內，陳化后制得前驅物1；(5)依次對前驅物1進行真空干燥或噴霧干燥，焙燒后得到具有層狀α-NaFeO₂結構且包覆聚合鋁-石墨烯的三元正極材料。上述制備方法操作復雜，且在制備過程中液態介質和稀釋溶液不能被有效回收，造成了資源上的浪費。

CN 105932251A公開了一種金屬氧化物包覆鋰離子電池正極材料的制備方法及其應用，所述制備方法采用行星球磨機或者輥輪式球磨機將金屬粉末與正極材料球磨混合，為了避免產生過量的機械能破壞正極材料的表面形貌與內部結構，采用較低的轉速，但是單純依靠較低的機械應力場并不足以促成粉末間發生作用，球磨僅僅起到均勻混合粉末的作用。因此，在利用球磨方式混合粉末后，還需進一步的化學反應或者熱處理，才能使得正極材料表面包覆上一層均勻地金屬氧化物。該包覆方法具有操作過程復雜、制備工藝繁瑣、耗時較長和耗能較高等缺點，不利于應用在大規模工業化生產。