[發明專利]一種改性三元正極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210976266.4
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115207322A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 許開華;桑雨辰;施楊;謝軍;陳玉君;汪浩波;刑利生
• 申請（專利權）人: 格林美（無錫）能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/13;H01M4/131;H01M4/1315;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供了一種改性三元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)將超高鎳三元前驅體、第一添加劑和鋰源混合，經一步燒結處理得到一燒材料；(2)將硼酸與水混合，加入多羥基化合物得到混合溶液；(3)將一燒材料和第二添加劑混合，得到混合物料，對混合溶液進行霧化處理后與混合物料混合，經二步燒結處理得到所述改性三元正極材料，本發明通過噴霧法包覆多羥基化合物改性的硼酸與超高鎳正極材料表面的殘堿發生酸堿中和反應，避免容量損失及電池脹氣等問題，同時形成的Li₃BO₃作為一種良好的鋰離子導體，既能促進鋰離子的擴散，又可有效避免電解液對顆粒內部的侵蝕，降低阻抗，提高材料的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種改性三元正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，富鎳層狀氧化物作為鋰離子電池的正極材料，因其高能量密度和低成本而備受關注。特別是當鋰離子電池大規模應用于新能源汽車時，高能量密度和低成本的優勢愈發凸顯，并成為主要的衡量指標，因此高鎳及超高鎳材料被認為是最有前途的正極材料。然而，隨著鎳含量的增加，表面殘留堿高、陽離子混排致使晶體結構穩定性差、熱穩定性差等問題顯著。

眾所周知，具有高表面殘留堿的正極材料對空氣與水分的高敏感性阻礙了其實際應用，這將導致制造困難并在調漿過程中形成膠漿；高鎳材料Ni²⁺與Li⁺排列中的高陽離子混合也可能導致循環過程中晶體結構崩塌，循環穩定性變差；同時由于Ni⁴⁺的強氧化性，電極材料與電解液之間發生嚴重的副反應，緩慢地分解電解液電解質，這是電池脹氣的主要原因之一，給實際使用帶來安全隱患。

CN111200120A公開了一種三元正極材料及其制備方法和鋰離子電池。所述三元正極材料主要由高鎳三元材料核心和硼酸鈷包覆層組成。所述制備方法包括：1)將硼源與鈷源混合后，在保護性氣氛中進行燒結，得到硼酸鈷；2)將硼酸鈷與高鎳三元材料混合，在氧化性氣氛中進行加熱，得到所述三元正極材料。

CN111370684A公開了一種降低鋰離子電池高鎳正極材料表面殘堿含量的方法，所述方法包括：常溫下，向一定量的非水無活性氫有機溶劑中加入一定量的酸或酸的衍生物，攪拌至溶解完全，得到降低鋰離子電池高鎳正極材料表面殘堿用洗滌液；所述洗滌液中所述酸或酸的衍生物的摩爾濃度為待處理的高鎳正極材料表面殘堿的摩爾量的0.5-1.5倍；在1m/s-10m/s線速度攪拌下，向所述洗滌液中加入待處理的高鎳正極材料；離心去除溶劑后，抽真空加熱干燥后的得到處理后的高鎳正極材料。

上述方案所述正極材料及降低殘堿方法存在有電化學性能降低或制成電池脹氣明顯的問題，大大限制了其在實際中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改性三元正極材料及其制備方法和應用，本發明通過噴霧法包覆多羥基化合物改性的硼酸，與超高鎳正極材料表面的LiOH和Li₂CO₃等殘堿發生酸堿中和反應而去除，避免不可逆容量損失及電池脹氣等問題，同時形成的Li₃BO₃作為一種良好的鋰離子導體，既能促進鋰離子的擴散，又可有效避免電解液對顆粒內部的侵蝕，降低阻抗，提高材料的循環穩定性。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種改性三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將超高鎳三元前驅體、第一添加劑和鋰源混合，經一步燒結處理得到一燒材料；

(2)將硼酸與水混合，加入多羥基化合物得到混合溶液；

(3)將步驟(1)得到的一燒材料和第二添加劑混合，得到混合物料，對步驟(2)得到的混合溶液進行霧化處理后與混合物料混合，經二步燒結處理得到所述改性三元正極材料。