[發(fā)明專利]一種鎳酸鋰包覆高鎳三元正極材料及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310638087.4
• 申請日: 2023-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN116632227A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱永明;高鵬;王楨
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): H01M4/525
• 分類號(hào): H01M4/525;H01M4/505;H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 北京奧肯律師事務(wù)所 11881
• 代理人: 徐冰倩

本發(fā)明提供一種鎳酸鋰包覆高鎳三元正極材料及其制備方法，鎳酸鋰包覆高鎳三元正極材料的結(jié)構(gòu)包括鎳酸鋰包覆層和三元正極材料顆粒；所述鎳酸鋰包覆高鎳三元正極材料的化學(xué)式為LiNisubgt;x/subgt;Cosubgt;y/subgt;Mnsubgt;1?x?y/subgt;Osubgt;2/subgt;，其中，0x1，0y1，0(x+y)1；其制備工藝包括制備前驅(qū)體、金屬鎳包覆及燒結(jié)處理步驟。本發(fā)明將鎳酸鋰均勻包覆在高鎳三元正極材料表面，形成高強(qiáng)度的鎳酸鋰包覆層，且顆粒粒徑分布均勻；作為鋰電池正極材料使用時(shí)，具有優(yōu)異的循環(huán)性能、倍率性能和容量保持率等電性能，其放電容量能達(dá)到172.2mAhgsupgt;?1/supgt;，100次循環(huán)后，容量保持率高達(dá)94.4％。且制備過程簡單，條件溫和易控，生產(chǎn)效率高，更加有利于工業(yè)化大生產(chǎn)的推廣和應(yīng)用，具有極大的市場應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎳酸鋰包覆高鎳三元正極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其穩(wěn)定的循環(huán)性能和良好的倍率能力受到青睞，已廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，從便攜式電子產(chǎn)品擴(kuò)展到電網(wǎng)級(jí)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和電動(dòng)汽車。因此，更低的污染和成本、更高的能量密度和更好的安全性能等指標(biāo)就變成了鋰離子電池的追求目標(biāo)。一方面，在反應(yīng)過程中富鎳正極材料表面會(huì)產(chǎn)生鋰的復(fù)雜化合物，這將加劇其電化學(xué)性能的惡化；另一方面，由于Ni²⁺和Li⁺的半徑相似，占據(jù)鋰原子位置的鎳原子導(dǎo)致陽離子混合現(xiàn)象，導(dǎo)致其電化學(xué)性能有所下降。同時(shí)，在充放電過程中，電解液中的氫氟酸會(huì)對(duì)正極材料的表面產(chǎn)生侵蝕，這使得鋰離子電池的容量衰減更快，造成性能的惡化。

為了解決這些問題，研究人員們進(jìn)行過多種嘗試，主要的改性手段有摻雜，表面包覆，結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。其中，表面包覆是一種提升正極材料性能的重要手段。包覆的材料種類繁多，包括金屬離子、金屬氧化物和鋰的化合物等，例如，Na⁺、Ca²⁺、ZnO、Nd₂O₃、V₂O₅、La₄NiLiO₈、Li₂TiO₃-Li₂ZrO₃和Li₃PO₄等。它們都是改善陰極材料界面穩(wěn)定性的最佳候選材料。這些表面改性方法可以改善陰極材料和電解質(zhì)之間的界面穩(wěn)定性，減少副反應(yīng)的發(fā)生，并成功提高Li⁺擴(kuò)散效率。

現(xiàn)有的混合摻雜改性手段，無法保證包覆物質(zhì)均勻分布在二次顆粒表面，同時(shí)，包覆層與本體材料之間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)差異較大的問題，從而導(dǎo)致兩者之間的結(jié)合力較弱，經(jīng)過多次充放電之后，出現(xiàn)包覆層從本體材料脫落的情況。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，電池的循環(huán)性能會(huì)出現(xiàn)大幅下降。因此，研發(fā)出一種顆粒表面具有均勻包覆層、顆粒粒徑均勻，且具有優(yōu)異的循環(huán)性能、倍率性能和容量保持率等電性能的鋰電池正極材料仍是當(dāng)下的研究重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明有效的將鎳酸鋰均勻包覆在高鎳三元正極材料的一次顆粒和二次顆粒表面，形成高強(qiáng)度的鎳酸鋰包覆層，解決了其他包覆手段所導(dǎo)致的本體材料與包覆層之間結(jié)構(gòu)差異過大的問題，解決了高鎳三元正極材料循環(huán)穩(wěn)定性差、電導(dǎo)率低，以及可逆性差等問題。