[發明專利]一種層狀鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210324360.1
• 申請日: 2022-03-29
• 公開（公告）號: CN114824267A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 郭豐;喬齊齊;李子郯;楊紅新;王鵬飛;施澤濤
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 牛海燕

本發明提供了一種層狀鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法和應用。所述層狀鎳錳酸鋰正極材料表面包覆疏水性有機物，所述疏水性有機物以膜的形態包覆于層狀鎳錳酸鋰正極材料表面，所述疏水性有機物包括膽固醇十二烷基碳酸鹽。本發明通過層狀鎳錳酸鋰正極材料表面包覆的特殊疏水性有機物膽固醇十二烷基碳酸鹽，使得正極表面呈現疏水性，可以阻隔在高水分環境下，層狀鎳錳酸鋰正極材料表面吸水導致正極材料的電化學性能下降，同時與正極材料表面形成穩定的Mn?C＝O鍵，有效地改善了鎳錳酸鋰正極材料的循環穩定性和電壓降。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種層狀鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，新能源凸顯出爆發式增長趨勢，人們迫切需求一種，成本低、高能量密度、高循環性能和高安全性的正極材料。目前市面上正極材料LiCoO₂和三元材料(NCM)，均不能夠同時滿足以上條件，主要原因是鈷元素的價格持續走高，同時鈷也是一種非環境友好型元素。三元材料中充放電過程中Ni²⁺和Li⁺的混排造成其循環穩定性差，另外，高鎳材料嚴重的產氣問題和低溫性能較差，進一步制約其發展，富鋰錳基層狀氧化物(無鈷)具有高于300mAh/g的比容量和1000Wh/kg的能量密度，被認為是下一代鋰離子電池中最具有應用前景的正極材料之一。另外，其成本低、環境友好，但是，目前富鋰錳基正極材料(無鈷)存在著循環穩定性差和嚴重的電壓降問題，嚴重制約其產業化發展。

CN113072101A公開了一種無鈷正極材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括以下步驟：(1)將鋰源、前驅體Ni_xMn_y(OH)₂和摻雜劑混合，經一次熱處理得到基體材料；(2)將步驟(1)得到的基體材料和包覆劑混合，經二次熱處理得到所述無鈷正極材料。其采用單一無鈷材料，循環穩定性較差。

CN112133903A公開了一種無鈷正極材料的制備方法，包括如下步驟(1)無鈷正極材料前驅體制備：(1a)將鎳鹽、錳鹽溶液混合，加入納米添加劑，超聲；(1b)在氮氣氛圍中，將上述混合液加入反應釜，然后加入強堿與氨水的混合堿溶液，調節pH為9～12，反應溫度40～60℃，反應結束后進行洗滌、過濾、干燥；(2)高溫燒結：將氫氧化鋰與步驟(1b)得到的粉末混合均勻，在700～1000℃恒溫煅燒5～20h，自然冷卻得到無鈷正極材料。其采用單一無鈷材料，在循環過程中由于晶格氧釋放和結構轉換，鋰離子在嵌入脫出過程中造成結構坍塌，其中部分游離鋰離子在表面沉積導致其循環穩定性較差，難以商業化應用。

因此，如何提升無鈷正極材料(層狀鎳錳酸鋰正極材料)的循環性能，降低其電壓降，是亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種層狀鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法和應用。本發明通過層狀鎳錳酸鋰正極材料表面包覆的特殊疏水性有機物膽固醇十二烷基碳酸鹽，使得正極表面呈現疏水性，可以阻隔在高水分環境下，層狀鎳錳酸鋰正極材料表面吸水導致正極材料的電化學性能下降，同時與正極材料表面形成穩定的Mn-C＝O鍵，有效地改善了鎳錳酸鋰正極材料的循環穩定性和電壓降。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種層狀鎳錳酸鋰正極材料，所述層狀鎳錳酸鋰正極材料表面包覆疏水性有機物，所述疏水性有機物以膜的形態包覆于層狀鎳錳酸鋰正極材料表面，所述疏水性有機物包括膽固醇十二烷基碳酸鹽。

本發明通過層狀鎳錳酸鋰正極材料表面包覆的特殊疏水性有機物膽固醇十二烷基碳酸鹽，使得正極表面呈現疏水性，可以阻隔在高水分環境下，層狀鎳錳酸鋰正極材料表面吸水導致正極材料的電化學性能下降，同時與正極材料表面形成穩定的Mn-C＝O鍵，有效地改善了鎳錳酸鋰正極材料的循環穩定性和電壓降。