[發明專利]一種鈦酸鍶改性鎳鈷錳酸鋰正極材料及包含它的鋰離子電池

有效

• 申請號: 202110903149.0
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113620353B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 王慶莉;王輝;嚴雪楓;李道聰;丁楚雄;楊茂萍;陳方
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明屬于鋰離子電池材料制備領域，具體是一種鈦酸鍶改性鎳鈷錳酸鋰正極材料的制備方法、制備的正極材料及包含它的鋰離子電池，其是稀土元素摻雜鈦酸鍶改性和大小顆粒混摻的鎳鈷錳酸鋰正極材料。本發明的優在于：此方法采用稀土元素摻雜鈦酸鍶改性和大小顆粒混摻，對前驅體的要求不高，因此制備出的前驅體粒徑分布寬，也有利于后期形成大小顆粒混摻的三元材料，因而本發明的制備方法中可以不用氨水作為絡合劑，避免了氨水為絡合劑對工作人員的安全健康的損害并且降低了廢水的治理費用。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料制備領域，具體的說是一種鎳鈷錳酸鋰正極材料及包含它的鋰離子電池。

背景技術

為了能逐步解決制約當前經濟發展的能源短缺、溫室氣體及大氣污染這三大問題，鋰離子電池作為一種能源儲存設備，由于具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、自放電率低、無記憶效應、無環境污染等優點。近十年在技術、生產、市場上獲得了快速發展，已經形成了一個大的新興產業，越來越受到各方面的重視。新能源電動汽車續航里程、快充技術及其安全性能的提高，要求電動汽車所配鋰離子電池具有鋰離子電池具有更高的能量密度、大的倍率性能、高的安全性能及其長的使用壽命。

鋰離子電池正極材料是鋰離子電池四個重要組成部分之一，對鋰離子電池的電化學性能和安全性能起到了至關重要的作用。目前已經產業化的正極材料主要有LiCoO₂、LiFePO₄、Li₂MnO₄和三元正極材料。鎳鈷錳酸鋰三元正極材料以相對廉價的鎳和錳取代了鈷酸鋰中三分之二以上的鈷，成本方面優勢非常明顯，和其他鋰離子電池正極材料錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰相比，鎳鈷錳酸鋰材料和鈷酸鋰在電化學性能和加工性能方面非常接近，使得鎳鈷錳酸鋰材料成為新的電池材料而逐漸取代鈷酸鋰，鎳鈷錳三元材料是新一代鋰離子三元正極材料研究的熱點之一。三元材料分子式為LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，外觀為黑色固體粉末，流動性好，無結塊物相；符合純相LiNiO₂結構，而且可以根據應用需要靈活調整鎳、鈷、錳三種元素的比例。具有以下性能特點：(1)高能量密度，理論容量達到280mAh/g，產品實際容量超過150mAh/g；(2)循環性能好，在常溫和高溫下，均具有優異的循環穩定性；(3)電壓平臺高，在2.5-4.3/4.4V電壓范圍內循環穩定可靠；(4)熱穩定性好，在4.4V充電狀態下的材料熱分解穩定；(5)循環壽命長，1C循環壽命500次容量保持80％以上；(6)晶體結構理想、自放電小、無記憶效應等突出優點。

目前的三元正極材料制備方法主要是通過將鎳、鈷、錳鹽混合，并添加鋰鹽進行燒結制備而成，其存在晶格結構變化等缺陷，尤其是高鎳三元正極材料，由于材料表面微結構在首次充電過程中的變化，造成三元材料的電池首次充放電效率不高，首效一般都小于90％。在循環過程中會與有機電解質中的HF發生副反應，造成Ni和Mn的溶解，從而影響了其電性能，同時材料中的鋰離子含量不足，會影響材料的首次效率及其倍率性能等電化學性能。