[發明專利]一種鋰電池5V復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110652850.X
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113422038B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 孫玉城;陳義虎;杜路路;周長榮
• 申請（專利權）人: 青島多元鋰業有限公司
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 山東孔宣專利代理事務所(普通合伙) 37405
• 代理人: 劉子成

本發明提供了一種鋰電池5V復合材料的制備方法，具體包括如下步驟：分別稱取尖晶石鎳錳酸鋰和小顆粒層狀結構正極材料，小顆粒層狀結構正極材料重量占尖晶石鎳錳酸鋰重量的1～10％；在常溫條件下，將尖晶石鎳錳酸鋰和小顆粒層狀結構正極材料進行物理混合，充分混合后，再與金屬氧化物進行物理混合，金屬氧化物的重量占尖晶石鎳錳酸鋰重量的0.1～1％，混合均勻后進行熱處理，得到5V復合材料。所述小顆粒層狀結構正極材料為三元材料或者富鋰高錳材料；所述三元材料為單晶層狀結構，所述富鋰高錳材料為層狀富鋰錳基正極材料。最終提高正極材料的能量密度，實現在首次充電過程中減少鎳錳酸鋰中鋰的浪費以及改善鎳錳酸鋰耐高溫性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料技術領域，具體涉及到一種鋰電池5V復合材料的制備方法。

背景技術

在人類文明社會中，能源一直起著十分關鍵的作用。隨著社會的發展，一次能源總量不變的前提下，石油，煤炭等能源終將會被人類勘采至枯竭。以鋰離子電池等為代表的新型綠色能源將會繼續助推人類社會發展，推動人類文明。能量密度是動力鋰電池發展的重中之重，一般采用兩個途徑，分別為提高材料的比容量和提升材料的充放電電壓。截止目前，大規模商業化的鋰電池正極材料的研發與生產思路主要集中在進一步提高材料本身的比容量，如鈷酸鋰(LiCoO₂)、鎳鈷錳酸鋰(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)等，在應用過程中普遍可達到較高的儲鋰容量。但隨著存量市場的開發和增量市場的滲透，傳統正極材料面臨著成本及環保等壓力，這也加速了第二種途徑的延伸，即高電壓正極材料在動力電池中的應用。其中，鎳錳酸鋰(LNMO)是一種高電壓動力電池用正極材料，合成原料較易獲得，合成工藝也相對簡單和成熟，原料豐富、成本低廉、環境友好、安全性好，使其成為當前最具發展前景的鋰電池正極材料之一。

但是，鎳錳材料也存在著自身的缺點，主要表現為容量衰減較快，循環性能、耐高溫性能以及倍率性能較差等。首次不可逆容量損失消耗了大量的電解液和正極材料中脫出的鋰離子，導致較低的庫侖效率。鋰的損失降低了電池的能量密度和循環壽命，從而嚴重制約了此類材料在高比能鋰離子電池中的應用。

鋰電池在首次充放電循環中，之所以會消耗大量的鋰，是因為在負極形成SEI膜，因此現有技術中通常是在負極材料中直接添加純鋰，以減少正極材料鋰的消耗，但是工藝復雜、成本高。往正極材料或者負極材料中加入鋰元素的操作，叫做預鋰化。目前也有對正極材料做預鋰化的操作，專利CN 112701277 A公開了一種鋰離子電池預鋰化添加劑及其應用，公開了一種電池預鋰化方法，其中鋰離子電池復合正極材料極片制備過程中需要預鋰化添加劑、正極材料、導電劑、粘結劑和溶劑混合攪拌，但是其中預鋰化添加劑選擇的是二次球型的富鋰錳基材料，在壓實過程中容易發生碎裂，且工藝復雜，原料多，成本高。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明提供了一種鋰電池5V復合材料的制備方法，通過尖晶石鎳錳酸鋰與小顆粒層狀結構正極材料進行物理混合，再與金屬氧化物進行物理混合、熱處理，進而提高能量密度，實現在首次充電過程中減少鎳錳酸鋰中鋰的浪費以及改善鎳錳酸鋰耐高溫性能。

為了達到上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種鋰電池5V復合材料的制備方法，具體包括如下步驟：分別稱取尖晶石鎳錳酸鋰和小顆粒層狀結構正極材料，小顆粒層狀結構正極材料重量占尖晶石鎳錳酸鋰重量的1～10％；在常溫條件下，將尖晶石鎳錳酸鋰和小顆粒層狀結構正極材料進行物理混合，充分混合后，再與金屬氧化物進行物理混合，金屬氧化物的重量占尖晶石鎳錳酸鋰重量的0.1～1％，混合均勻后進行熱處理，得到5V復合材料。

進一步地，所述尖晶石鎳錳酸鋰的化學式為LiNi_0.5Mn_1.5O₄，粒徑為3.0～4.2um，振實密度為1.7～2.0g/cm³，制備方法包括如下步驟：