[發明專利]一種四元正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110985698.7
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113428912B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 王壯;張樹濤;李子郯;王亞州;白艷;馬加力;楊紅新
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G51/00;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王煥

本發明涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種四元正極材料及其制備方法和應用。四元正極材料的制備方法包括以下步驟：將正極基材、可溶性鈷鹽、沉淀劑、絡合劑和水進行混合，對混合后的體系進行液固分離，收集固相并進行干燥和煅燒；所述正極基材的化學通式為LiNi_xCo_yMn_zAl_(1?x?y?z)O₂，其中，0.9≤x＜1，0＜y＜0.07，0＜z＜0.03。本發明對正極基材進行水洗包覆，在其表面均勻包覆一層鈷的化合物，以提高材料導電性并起到保護層的作用，減少正極材料與電解液的副反應發生；同時，沉淀劑可把殘存的鋰源沉降下來，防止后期勻漿過程中因pH過高出現果凍狀情況，影響正極材料容量的發揮以及循環保持率。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體而言，涉及一種四元正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池已經成為目前應用最為廣泛的電化學動力源，這種電池中最具代表性的就是正極和負極中的鋰離子在嵌入與脫嵌時化學電位的變化而產生電能的鋰二次電池（LIBs）。正極材料對 LIBs的性能有直接主導的作用，因此許多研究人員致力于實現容量大、充電/放電速度快、循環壽命長的可進行鋰離子可逆的嵌入與脫嵌的正極材料。目前，高鎳材料被認為是最有望的候選材料之一，因為其可以通過增加鎳含量來提高鋰離子電池的比容量。但是，由此產生的鋰離子電池不良循環穩定性可能會阻礙這種方法的成功。

此外，高鎳材料中四元多晶材料相比三元正極材料在安全性和循環穩定性上更有優勢，是目前最有發展前景的材料之一。但是高鎳四元正極材料目前降低殘堿的方式主要是靠水洗工藝，但是水洗之后，鋰殘渣被去除，晶格中的鋰離子因為與晶格外的鋰離子具有更大的濃度差，材料更傾向于發生無電子轉移的脫鋰反應，繼而更傾向于發生Ni³⁺/Ni²⁺的轉變，水洗后的材料表面粗糙，比表面積變大，與電解液接觸面積大，副反應更加劇烈。為了解決這一問題，常用的改性方式是材料表面包覆，但是對于高鎳四元正極材料而言，干混包覆會導致材料表面包覆不均勻，而且加了一步工藝，增加了生產成本。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明涉及一種四元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將正極基材、可溶性鈷鹽、沉淀劑、絡合劑和水進行混合，對混合后的體系進行液固分離，收集固相并進行干燥和煅燒；

所述正極基材的化學通式為LiNi_xCo_yMn_zAl_(1-x-y-z)O₂，其中，0.9 ≤ x＜1，0＜y＜0.07，0＜z＜0.03。

本發明提供一種四元正極材料的制備方法，以解決現有技術中的高鎳四元正極材料水洗后的材料表面粗糙，比表面積變大，與電解液接觸面積大，副反應更加劇烈的問題。本發明將可溶性鈷鹽、沉淀劑、絡合劑、水與正極基材進行混合，對正極基材進行水洗包覆，在正極基材的表面均勻包覆一層鈷的化合物，既可以提高材料導電性還可以起到保護層的作用，減少正極材料與電解液的副反應發生；除此之外，加入沉淀劑可以把殘存的鋰源沉降下來，防止后期勻漿過程中因pH過高出現果凍狀情況，嚴重影響正極材料容量的發揮以及循環保持率；該方法可促進鋰離子嵌入脫出，減少正極材料表面副反應。

根據本發明的另一個方面，本發明還涉及所述的四元正極材料的制備方法得到的四元正極材料。

本發明的正極材料在正極基材的表面均勻包覆一層鈷的化合物，既可以提高材料導電性還可以起到保護層的作用，減少正極材料與電解液的副反應發生。

根據本發明的另一個方面，本發明還涉及一種鋰電池正極，包括如上所述的四元正極材料。

本發明的鋰電池正極可賦予鋰電池優異的容量、首效和循環穩定性能。