一種高鎳基鋰電池正極材料及其製備方法
2023-11-12 06:42:32 2
專利名稱：一種高鎳基鋰電池正極材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰離子電池正極材料，特別涉及一種高鎳基鋰離子電池正極材料。
背景技術：
目前高能量密度鋰離子電池常用的正極材料為鈷酸鋰，在壓實密度、使用上限電壓(4. 2V)等條件限制下，其能量密度達到極限，且在該能量密度下電池的極化很大，很難達到輸出功率和使用壽命的要求；高鎳基正極材料Lia (NixMyNI-X-y) 02_zAz (A是至少一種元素選至 F、S、P ;M和 N 選至B、M g、A 1、S i、P、S c、T i、V、C r、Mn、Fe、Co、N i、Cu、Zn、Ge、S r、Y、Z r、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、I n、S n、S b、和稀土金屬；0. 96彡a彡I. 16，x > 0. 5，y
11.5)，極易吸溼變質，對存儲和加工環境要求苛刻；高PH值對粘結劑PVDF兼容性差，漿料分散性差、穩定性差，造成產品成品率低；該材料在充電狀態下Ni4+氧化性很強，材料表面高濃度4價鎳離子極易和電解液反應並產生大量熱，導致該體系電池安全性能差，使用壽命低；這正是目前高鎳基正極材料沒有廣泛應用的原因。目前高鎳材料多採用①摻雜穩定結構，其表面鎳濃度很高，極易在充電條件下和電解液發生放熱反應，材料結構破壞、電解液性能惡化，影響電池安全和使用壽命；②對高鎳正極材料採用氧化物包覆，包覆量少則對安全和壽命提升有限；包覆量大時，由於氧化物多為電子絕緣體，導致材料的電導率降低，極化增加，充放電曲線變陡，電池輸出功率變小。
發明內容
有鑑於此，本發明要解決的技術問題是提供一種包覆有具有脫嵌鋰功能的表面包覆層的高鎳基鋰離子電池正極材料，不但能提高高鎳基正極材料穩定性和加工性能，抑制其和電解液的劇烈反應程度和反應熱，在確保材料電導率和電化學性能變化很小的情況下，提高電池的安全性能和使用壽命。本發明解決上述技術問題的技術方案為
一種高鎳基正極材料，表面附有包覆層，包覆層材料為LiNia5_xA2xMni.5_x04，所述A為Al、Fe、Co、Cr中一種或者二種，所述0. 05彡X彡0. 2。
所述包覆層重量為內核高鎳基正極材料重量的0. 69^8%。上述高鎳基正極材料的製備方法為首先將鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、鋁鹽或鈷鹽或鐵鹽或鉻鹽用去離子水溶解，再加入高鎳基正極材料，攪拌使固體材料充分分散；然後進行乾燥脫水，使包覆物前驅體均勻包覆在高鎳基正極材料表面；最後將噴霧乾燥後的材料在7000C 900°C熱處理3 9h。
所述鋰鹽錳鹽鎳鹽鋁鹽或鈷鹽或鐵鹽或鉻鹽的物質的量的比例為1.06:I. 5-x:0. 5-x:2x ;所述包覆物質LiNiaPxA2xMnnxO4、高鎳基正極材料、去離子水的質量比為0.6 8 100 :50 80。所述鋰鹽為乙酸鋰或硝酸鋰；所述錳鹽為乙酸錳或硝酸錳；所述鎳鹽為乙酸鎳或硝酸鎳；所述鋁鹽為硝酸鋁；所述鈷鹽為乙酸鈷或硝酸鈷；所述鐵鹽為乙酸鐵或硝酸鐵；所述鉻鹽為乙酸鉻或硝酸鉻。所述乾燥脫水方式為噴霧乾燥設備或攪拌蒸發脫水。本發明中，高鎳基正極材料和表面包覆物形成核-殼結構，從核至殼鎳的濃度逐步降低，形成濃度梯度化合物，表面鎳濃度降低較大；包覆層中4價錳所佔比例較大，且為電化學惰性，故可以大幅降低4價鎳和電解液的反應程度和放熱量，提高了電池的安全性能。LiNi0.5_xAl2xMnL5_x04為5V電極材料，在充放電時有2個電位平臺(4V 5V)，在通常鋰電池使用電壓範圍(3. 0^4. 2V)，包覆材料具有脫嵌鋰功能，故表面處理後的材料克容量發揮變化小，包覆材料具有的4. 7V電位平臺可以有效提高高鎳基正極材料的抗過充性能，使該體系電池的安全性能得到改善。 與現有技術相比，本發明具有如下優點
I、本發明經過表面均勻包覆處理的高鎳材料由於其表面鎳濃度降低較多，故該體系電池在充電狀態下與電解液反應程度降低，發熱量降低，高鎳基正極材料的結構和電解液的穩定性保持不變，故電池的安全性能大幅提高，使用壽命得到提升。2、本發明採用的是正極材料包覆正極材料且該材料包覆後具有抗過充性能，熱穩定性提聞。
具體實施例方式為了便於本領域技術人員理解，下面將結合實施例對本發明做進一步的描述。實施例I
一種高鎳基正極材料的製備方法，按步驟為
首先，將12.2 g乙酸鋰、38. 76 g乙酸錳、11. 26 g乙酸鎳和8.48 g硝酸鋁用300 g去離子水溶解，再加入500 g高鎳基正極材料，攪拌使固體材料充分分散；
然後利用噴霧乾燥設備脫水，使包覆物前驅體均勻包覆在高鎳基正極材料表面； 最後將噴霧乾燥後的材料在900°C熱處理4h。得到表面包覆有LiNi0.5_xAl2xMnL5_x04 ( 0 . 05彡X彡0. 2)的高鎳基正極材料。高鎳基正極材料和表面包覆物形成核-殼結構，包覆物的重量佔高鎳基正極材料重量的4%。實施例2
一種高鎳基正極材料的製備方法，按步驟為
首先，將17.24 g乙酸鋰、56. 3g乙酸錳、16. 34 g乙酸鎳和13. 25g硝酸鐵用300 g去離子水溶解，再加入500 g高鎳基正極材料，攪拌使固體材料充分分散；
然後攪拌蒸發脫水，使包覆物前驅體均勻包覆在高鎳基正極材料表面；
最後將乾燥脫水後的材料在900 °C熱處理6h。得到表面包覆有LiNic^xFe2xMnnxO4 (0. 05 ^ X ^ 0. 2)的高鎳基正極材料。高鎳基正極材料和表面包覆物形成核-殼結構，包覆物的重量佔高鎳基正極材料重量的6%。實施例3
一種高鎳基正極材料的製備方法，按步驟為首先，將17. 2g乙酸鋰、56. I g乙酸錳、16. 3g乙酸鎳和8. 15g乙酸鈷用300 g去離子水溶解，再加入500 g高鎳基正極材料，攪拌使固體材料充分分散；
然後利用噴霧乾燥設備脫水，使包覆物前驅體均勻包覆在高鎳基正極材料表面； 最後將乾燥脫水後的材料在850 °C熱處理8h。得到表面包覆有LiNiQ.5_x Co 2xMnL5_x04 ( 0 . 05≤≤0. 2)的高鎳基正極材料。高鎳基正極材料和表面包覆物形成核-殼結構，包覆物的重量佔高鎳基正極材料重量的6%。實施例4
一種高鎳基正極材料的製備方法，按步驟為
首先，將17. 5g乙酸鋰、56. 5 g乙酸錳、16. 4 g乙酸鎳和13. 2g硝酸鉻用300 g去離子水溶解，再加入500 g高鎳基正極材料，攪拌使固體材料充分分散；
然後採用攪拌蒸發脫水，使包覆物前驅體均勻包覆在高鎳基正極材料表面；
最後將乾燥脫水後的材料在850 °C熱處理8h。得到表面包覆有LiNiQ.5_x Cr 2xMnL5_x04 ( 0 . 05≤X≤0. 2)的高鎳基正極材料。高鎳基正極材料和表面包覆物形成核-殼結構，包覆物的重量佔高鎳基正極材料重量的6%。
權利要求
1.一種高鎳基正極材料，其特徵在於表面附有包覆層，包覆層材料為LiNi0.5_xA2xMnL5_x04，所述 A 為 Al、Fe、Co、Cr 中一種或者二種，所述 0. 05 彡 X 彡 0. 2。
2.根據權利要求I所述的高鎳基正極材料，其特徵在於所述包覆層重量為其所包覆的高鎳基正極材料重量的0. 69^8%。
3.—種權利要求I或2所述高鎳基正極材料的製備方法，其特徵在於首先將鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、鋁鹽或鈷鹽或鐵鹽或鉻鹽用去離子水溶解，再加入高鎳基正極材料，攪拌使固體材料充分分散；然後進行乾燥脫水，使包覆物前驅體均勻包覆在高鎳基正極材料表面；最後將乾燥脫水後的材料在700°C、00°C熱處理3 9h。
4.根據權利要求3所述的高鎳基正極材料的製備方法，其特徵在於所述鋰鹽錳鹽鎳鹽招鹽或鈷鹽或鐵鹽或鉻鹽的物質的量的比例為I. 02^1. 08 :1. 5-x:0. 5-x:2x ;所述包覆物質LiNic^xA2xMn1.5_x04、高鎳基正極材料、去離子水的質量比為0. 6 8 :100 :50 80。
5.根據權利要求4所述的高鎳基正極材料的製備方法，其特徵在於所述鋰鹽為乙酸鋰或硝酸鋰；所述錳鹽為乙酸錳或硝酸錳；所述鎳鹽為乙酸鎳或硝酸鎳；所述鋁鹽為硝酸鋁；所述鈷鹽為乙酸鈷或硝酸鈷；所述鐵鹽為乙酸鐵或硝酸鐵；所述鉻鹽為乙酸鉻或硝酸鉻。
6.根據權利要求3所述的高鎳基正極材料的製備方法，其特徵在於所述乾燥脫水方式為噴霧乾燥設備或攪拌蒸發脫水。
全文摘要
本發明涉及一種鋰離子電池正極材料，特別涉及一種高鎳基鋰離子電池正極材料。一種高鎳基正極材料，表面附有包覆層，包覆層材料為LiNi0.5-xA2xMn1.5-xO4，所述A為Al、Fe、Co、Cr中一種或者二種，所述0.05≤X≤0.2。所述包覆層重量為內核高鎳基正極材料重量的0.6%~8%。本發明能提高高鎳基正極材料穩定性和加工性能，抑制其和電解液的劇烈反應程度和反應熱，在確保材料電導率和電化學性能變化很小的情況下，提高電池的安全性能和使用壽命。
文檔編號H01M4/505GK102723480SQ20121021824
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者盧偉鳳, 張承平, 文哲澤, 郝華, 郭也平 申請人:惠州市博能新能源有限公司