[發明專利]一種鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110997500.7
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113782743B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王慶莉;王輝;嚴雪楓;高玉仙;徐丹丹;丁楚雄;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: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 張夢媚

本發明公開了一種鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用，包括下列步驟：按照化學通式Al₂Ti_1+aO₅將水溶性的鈦源和鋁源溶于水中，混合均勻，獲得混合溶液；將水凝膠和三元正極材料混合均勻，獲得第一混合物；將混合溶液滴入第一混合物中，獲得第二混合物；將第二混合物等離子體活化后，燒結、破碎、過篩，得到鋰離子電池正極材料。該制備方法操作簡單，成本低，獲得的鋰離子電池正極材料殘堿含量低，界面結構穩定，具有優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著新能源汽車的發展，對動力鋰電池提出了更高的要求，其中，能量密度、成本、安全性、熱穩定性、循環壽命是動力鋰電池的5個關鍵性能指標。正極材料作為動力鋰電池的核心，其性能直接影響動力鋰電池的性能。目前已大規模市場化應用的正極材料主要包括鈷酸鋰（LCO）、錳酸鋰（LMO）、磷酸鐵鋰（LFP）和三元材料（NCM/NCA）等四大類。其中，磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料在基礎研究方面已沒有太大技術突破空間，其能量密度和主要技術指標已接近應用極限。從技術進步的角度看，三元材料由于具有高能量密度、較長循環壽命、較高可靠性等優點，逐漸成為動力鋰電正極材料的主流，可有效彌補鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰各自的不足，廣泛應用于動力鋰離子電池領域。

三元材料〔LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂，M為錳（Mn）或鋁（Al），簡稱“NCM”或“NCA”〕是目前最有前途的動力鋰電正極材料之一，其正朝著高容量、高循環、耐高溫、安全性能高以及結構穩定的方向發展。研究表明：NCM三元材料(鎳鈷錳鋰三元材料)由于陽離子混排、強氧化性的Ni³⁺和Ni⁴⁺的存在高溫高倍率性能差，并且隨著循環次數的增加材料的性能會衰減的越來越快。此外，三元材料LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂的良好物理性能與電化學性能，使得在它在便攜式電源用鋰電方面成為替代最理想的材料，但是三元材料LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂的高倍率性能并不是很理想，阻礙了它在混合型動力電源上的應用，這主要與材料的電子電導率有關；并且該材料在高充放電電壓下，循環穩定性較差。因此，改善三元材料LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂循環性能的關鍵在于提高材料的電子電導率，以及加強與電解質溶液接觸的表面層的穩定性。

為了克服上述問題，目前廣泛采用對三元材料進行摻雜、包覆的方法來穩定材料的結構，從而改善三元材料的性能，并且大量研究表明，摻雜與取代改性、包覆改性以及共混改性對于提高三元材料LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂的電化學性能具有顯著的效果。并且，在制備三元材料原料配比工序設計一般情況下Li/Me摩爾比大于1，使得鋰離子三元正極材料表面有部分鋰鹽存在，因此在規模化量產的過程中往往需要控制材料表面殘留鋰鹽含量，不然制備的電池在使用時活性物質與電解液產生副反應過程中有大量的氣體產生，導致電池鼓包，具有較大的安全隱患。控制三元正極材料表面殘留鋰鹽含量、結構完整性和表面活性直接影響著三元材料電化性能。