[發明專利]一種四元多晶正極材料、其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202111062032.0
• 申請日: 2021-09-10
• 公開（公告）號: CN113809320A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 王壯;張樹濤;李子郯;白艷;王亞州;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: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M4/485;H01M4/1391;H01M4/131;H01M4/04
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種四元多晶正極材料、其制備方法和用途，所述四元多晶正極材料的化學式為LiNi_aCo_bMn_cAl_dTa_(1?a?b?c?d)O₂，其中，0.9≤a＜1，0＜b＜0.07，0＜c＜0.03，0＜d≤0.002，所述制備方法包括：鎳鈷錳鋁四元前驅體、鋰源、鉭源和鈷源混合得到混合物，對混合物煅燒后制備得到所述四元多晶正極材料。本發明通過Co/Ta共摻雜，對超高鎳正極材料進行晶體微結構的調節來穩定材料結構，減少鋰鎳混排程度，提高超高鎳正極材料的容量及循環壽命，具有制備工藝簡單、穩定性高和電性能優異等特點。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，尤其涉及一種四元多晶正極材料、其制備方法和用途。

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)。而正極材料對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，超高鎳材料被認為是最有希望的候選材料，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，超高鎳材料中四元多晶材料相比三元正極材料在安全性上更有優勢，是目前最有發展前景的材料之一。但是，超高鎳層狀正極材料的循環穩定性較差，這主要歸因于隨著鎳含量的增加，鋰鎳混排更加嚴重，材料導電性變差，鋰離子嵌入脫出不可逆性損失也愈加嚴重，進而加速了顆粒裂紋的產生和氧氣的釋放量，這也被認為是超高鎳層狀正極材料性能衰減的主要原因。

CN109704413A公開了一種高鎳正極材料以及提高高鎳正極材料儲存性能的方法。所述高鎳正極材料以化學式LiNi_xCo_yMn_zAl_1-x-y-zO₂表示；其中，0.5≤x＜1，0＜y＜0.5，0＜z＜0.5，1-x-y-z＞0。所述方法是將含錳無機鹽、含鋁無機鹽、LiOH·H2O與高鎳前驅體混合，加入乙醇研磨均勻，得到固體粉末混合物；對所得的固體粉末混合物先進行預煅燒，然后升溫進行煅燒，得到所述高鎳正極材料。該發明所述方法有效抑制了高鎳正極材料與空氣中水分、二氧化碳的副反應，改善了材料表面穩定性，從而提高材料的儲存性能，有利于高鎳正極材料的商業化應用。

CN111606363A公開了一種改性高鎳正極材料的制備方法，將高鎳正極材料前驅體、添加劑與鋰源混合均勻，在氧氣氣氛下進行一次燒結，破碎，過篩后得到一次燒結高鎳正極材料；將一次燒結高鎳正極材料水洗、烘干后得到水洗烘干后的一次燒結高鎳正極材料；將水洗烘干后的一次燒結高鎳正極材料進行一次表面處理，得到一次表面處理高鎳正極材料；將改性劑與一次表面處理高鎳正極材料混合均勻，然后進行二次表面處理，得到改性高鎳正極材料。該發明降低材料表面的殘余堿量和最終產品的比表面積，使材料表面的阻抗明顯減小，明顯緩解了電池產氣現象，提升材料的結構穩定性和循環穩定性，并且能夠改善正極材料制備過程中的加工性能，制備條件易控制，可大批量生產。

CN109950497A公開了一種具有均勻包覆層的高鎳正極材料及其制備方法，所述制備方法包括如下步驟：(1)在容器中加入去離子水和高鎳正極材料，攪拌均勻，得懸浮液；(2)將金屬可溶鹽緩慢加入到步驟(1)所述懸浮液中，攪拌均勻，真空抽濾，無水乙醇沖洗，抽干，烘箱干燥，得干燥物料；(3)將步驟(2)所述干燥物料置于匣缽中，在預熱的馬弗爐氧氣氣氛下進行高溫燒結，冷卻，破碎，過篩，得具有均勻包覆層的高鎳正極材料。該發明高鎳正極材料具有高比容量、長循環、更好的熱穩定性和結構穩定性，同時因為存在水洗的操作，極大的降低了高鎳正極材料表面氫氧化鋰和碳酸鋰量，降低了材料粉末電阻，提高首效，增加比容量，降低高鎳正極材料pH值。