[發明專利]一種降低殘堿含量的高鎳正極材料及其處理方法和鋰二次電池

有效

• 申請號: 202210044403.0
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114057240B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 蘇柏濤;曹勇富;萬國江;周志度;趙健輝;吳建華;范江;李宇東;馬真;簡健明
• 申請（專利權）人: 英德市科恒新能源科技有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G25/00;H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市科豐知識產權代理事務所(普通合伙) 44467
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于鋰離子電池領域，公開了一種降低高鎳正極材料殘堿含量的方法，該方法是將高鎳正極材料投入到納米鋯酸鋁的乙醇分散液后通過邊攪拌邊蒸發的方式進行固液分離，所得干燥后粉體進行過篩、燒結再過篩得到一次燒結半成品，然后將此半成品進行水洗、離心、干燥、二次燒結和過篩得到低殘堿量的高鎳正極材料。本發明方法制得的高鎳正極材料具有完整的材料結構，同時具有高產率、低殘堿、高循環充放電性能、高倍率性能的特點。對于現有市場上鋰離子電池綜合性能有較大的提升。

技術領域

本發明涉及電池正極材料相關領域，具體涉及一種降低殘堿含量的高鎳正極材料處理方法。

背景技術

2021年，鋰離子動力電池市場在新能源汽車市場上迅速鋪開，全球新能源汽車銷量激增拉動著鋰離子電池出貨量的大幅度增長。目前，動力電池仍以磷酸鐵鋰電池為主，但磷酸鐵鋰比能量密度有限，未來將難以滿足乘用車在續航方面的需求。因此，追求高比能量密度是鋰離子動力電池重要的研究方向，也是未來研發和產業化的重點。由于正負極容量的差異，正極材料往往是影響電池能量密度的瓶頸所在。層狀LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂三元正極材料兼具了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMO₂三者的優點，兼具了高放電容量、良好循環壽命和低成本的特點，是一種非常有應用前景的正極材料。研究者通過調節三種過渡金屬的相對含量，可以獲得滿足不同要求的材料。大量研究指出高鎳正極材料(Ni≥80%)，具有較高的可逆比容量和較佳的循環穩定性，適合作為高比能量動力電池用正極材料，因此受到越來越多研究者的關注。盡管高鎳正極材料具有上述優點，但高鎳正極材料隨著鎳含量越高，總殘堿量也越高。當材料接觸空氣時，粉末材料的結構、形貌和成分都發生變化，電化學性能逐漸下降，尤其暴露在潮濕空氣中尤為明顯，生成堿性產物Li₂CO₃和LiOH。殘堿量高會使得制備漿料時吸水，導致加工性能變差。另外殘堿會與電解液反應，生成氣體導致電池脹氣，影響安全性能。為降低殘鋰，通常最有效的工藝為水洗工藝，但水洗后高鎳正極材料的結構受到破壞。(Theeffects of washing on LiNi_0.83Co_0.13Mn_0.04O₂ cathode materials. Solid StateIonics 334(2019) 105-110.)。

此方面的研究可參考CN201810371980.4和CN201910536718 .5 。

CN201810371980.4公開了一種降低鋰離子電池層狀正極材料表面殘堿的方法，該發明通過水洗降低表面殘堿，再通過醇洗快速去除殘留表面的水分，最后通過添加納米氧化鋯燒結穩定表面結構。該發明有效的減少了正極材料的表面殘堿。但是，水洗之后材料結構被破壞，盡管通過添加納米氧化鋯穩定表面結構，但水洗過程中鋰流失量仍然很多。

CN201910536718 .5 公開了一種低表面殘堿的高鎳單晶三元正極材料及其制備方法，該發明先將氫氧化鋰、氧化添加劑、鎳鈷錳三元前驅體混合，對混合物進行一次燒結，對燒結后的一次燒結料進行粉碎、過篩，向過篩后的產物添加包覆劑、去離子水進行攪拌水洗，制得漿料。對漿料進行二次燒結，二次燒結料粉碎過篩得到最終產物。該發明中同步水洗降堿和濕法原位包覆同步完成，制得的產物具有低殘堿的特點。不過該發明仍然沒有解決水洗過程對材料結構的損壞。

本發明要解決的技術問題是：如何解決在保護高鎳三元材料結構不被破壞的情況下，降低高鎳三元材料高殘堿的技術問題。

發明內容