[發明專利]一種富鋰正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210612032.1
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114864908A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 萬江濤;張寧;張勇杰;王濤;李子郯;楊紅新
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/04;H01M4/525;H01M4/505;H01M4/485;H01M4/62;H01M4/131;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

本發明提供了一種富鋰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)將富鋰前驅體、鋰源、堿源和鉬源混合，經一步煅燒處理得到一燒材料；(2)將步驟(1)得到的一燒材料、氟化鋰和氟化鋁混合，經二步煅燒處理得到二燒材料；(3)將步驟(2)得到的二燒材料和錫源混合，經三步煅燒處理得到所述富鋰正極材料。本發明所述富鋰正極材料經過特殊的摻雜(鈉、鉀、鉬摻雜)和包覆(氟化鋰、氟化鋁、二氧化錫)處理后電化學性能好，容量、電壓降、循環、首效都得到了一定的優化提升。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種富鋰正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來新能源汽車領域鋰離子電池的應用受到了廣泛青睞，而對于高能量密度的鋰離子電池的需求越發迫切，隨著鋰離子電池使用領域的不斷擴展，電動汽車面臨續航里程短和安全性不足等問題，制約了其大規模推廣。如果電動汽車擁有與燃油車相當的續航里程，消費者駕駛電動汽車時將不再有里程焦慮，有利于實現電動汽車的大規模推廣。在目前已知的正極材料中，富鋰錳基正極材料因放電比容量大，價格低廉，環境友好等優點具有開發潛力，放電比容量高達300mAh/g，是當前商業化應用磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料放電比容量的2倍左右。因此，富鋰錳基正極材料被認為是新一代高能量密度動力鋰電池的優選正極材料，是動力鋰電池能量密度突破400Wh/kg的技術關鍵。

而目前的富鋰材料一般都存在容量因與循環和電壓降等因素沖突而無法提到最高，容量越高，循環和電壓降性能越差，且循環及電壓降性能無論在何種情形下都略偏差等缺陷。

單一的摻雜往往只能優化某方面的性能，無法更全面地發揮出富鋰材料的潛能，單一的包覆往往能起到一定的防護效果，但經常由于包覆層過薄存在很多盲點而效果不佳，或者包覆層過厚導電性變差從而容量大幅下降，且有些包覆層在多次循環后或部分溶解或脫落，使后期的循環性能急劇下降。

CN113380995A公開了一種富鋰正極材料的改性方法，包括將富鋰正極材料與草酸酯類化合物混合均勻后，在惰性氣體氣氛或氮氣氣氛下，于100-200℃熱處理1-11h；該富鋰正極材料的結構式為xLiMO₂·(1-x)Li₂MO₃，其中0＜x＜1，M為Ni、Co和Mn中的至少一種；該草酸酯類化合物為草酸二甲酯、草酸二乙酯、草酸二丙酯和草酸二丁酯中的至少一種。

CN106684358A公開了一種富鋰正極材料表面包覆氧化鋁的改性方法。該方法是用溶膠溶液對富鋰正極材料進行Al₂O₃的表面修飾改性，將含包覆Al³⁺離子的鹽與氨水反應，再加入檸檬酸形成溶膠溶液，然后將富鋰正極材料加入溶膠溶液，直接蒸干，再經過熱處理后，即得到表面包覆Al₂O₃改性的富鋰正極材料。

上述方案采用單一的改性或包覆來改善富鋰正極材料的性能，不能兼顧富鋰正極材料的倍率性能、循環性能以及能量密度，因此，亟需開發一種可以兼顧倍率性能、循環性能以及能量密度的富鋰正極材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種富鋰正極材料及其制備方法和應用，本發明所述富鋰正極材料經過特殊的摻雜(鈉、鉀、鉬摻雜)和包覆(氟化鋰、氟化鋁、二氧化錫)處理后電化學性能好，容量、電壓降、循環、首效都得到了一定的優化提升。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種富鋰正極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將富鋰前驅體、鋰源、堿源和鉬源混合，經一步煅燒處理得到一燒材料；

(2)將步驟(1)得到的一燒材料、氟化鋰和氟化鋁混合，經二步煅燒處理得到二燒材料；

(3)將步驟(2)得到的二燒材料和錫源混合，經三步煅燒處理得到所述富鋰正極材料。