一种超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池，一种超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法包括以下步骤：将烘干的三元前驱体Ni

【技术实现步骤摘要】
一种超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池

:
[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍
:
[0002]锂离子电池在日常生活中使用广泛，因其容量高使用周期长、无污染等优点，能够缓解资源匮乏和环境污染等问题。而当前锂离子电池的整体性能主要取决于正极，因此人们致力于开发高容量的正极材料。超高镍三元正极材料LiMO2(M＝Ni，Co，Mn)具有较高的理论容量和良好的倍率性能，是最有前途的锂离子电池正极材料之一。为了获得更高的能量密度，对三元正极材料NCM进行多方面研究。锂化配比是影响三元材料比容量和循环性能的主要因素之一，影响材料性能的因素有很多，其中材料的结构和性能与煅烧工艺联系紧密。对前驱体的煅烧过程包括材料脱水、熔融、固相反应等。而这一过程中，煅烧温度的设定尤其重要，因为煅烧温度直接影响材料的容量、效率和循环性能，对材料表面碳酸锂和材料pH值也有很大影响。目前大部分煅烧温度范围较宽，不适合超高镍三元锂离子电池正极材料。
[0003]当前大部分对于超高镍正极材料的锂配比为1.05，但是对于不同镍含量的正极而言，微量锂配比的变化，对正极材料性能影响很大。

技术实现思路
：
[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提出一种超高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法，制得比容量高、循环性能好的拥有较好的层状结构的正极材料。
[0005]本专利技术还提供了一种锂离子电池，采用所述的超高镍三元锂离子电池正极材料作为正极材料。
[0006]本专利技术公开了一种超高镍三元锂离子电池正极材料，所述超高镍三元锂离子电池正极材料的化学式为LiNi
0.90
Co
0.05
Mn
0.05
O2，其中，n(Li):n(Ni+Co+Mn)＝1
‑
1.095:1，优选地，n(Li):n(Ni+Co+Mn)＝1.07
‑
1.095:1。
[0007]本专利技术的超高镍三元锂离子电池正极材料体相非贫锂，Li/Ni混排程度低且界面残留锂化合物较少，比容量高、循环性能好，拥有较好的层状结构。
[0008]其中超高镍指Ni的含量大于等于0.90。
[0009]在本专利技术的一个优选的实施例中，所述超高镍三元锂离子电池正极材料具有层状结构，所述超高镍三元锂离子电池正极材料由一次颗粒团聚形成的二次颗粒组成，粒径为1～3μm。
[0010]本专利技术的超高镍三元锂离子电池正极材料粒径均匀，一次颗粒表面光滑，排列紧密，综合电化学性能好的正极材料。
[0011]本专利技术还公开了一种超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：将烘干的三元前驱体Ni
0.90
Co
0.05
Mn
0.05
(OH)2与锂盐、钠盐混合均匀，先在400
‑
600℃保温
4
‑
6h一次煅烧，然后660℃
‑
730℃保温12
‑
16h二次煅烧，冷却至室温，将烧结后产物研磨筛分后，得到超高镍三元锂离子电池正极材料。
[0012]在该温度区间内进行分段煅烧，层状结构相对完整，材料Li/Ni混排程度较低。
[0013]在本专利技术的一个优选的实施例中，一次煅烧的温度为450
‑
550℃，二次煅烧的温度为660℃
‑
730℃。
[0014]在该温度区间内进行分段煅烧，层状结构相对相对更为完整，材料Li/Ni混排程度更低。烧结温度过低不利于材料晶体生长，而温度过高不利于晶体一致性的生长。
[0015]在本专利技术的一个优选的实施例中，所述锂盐与三元前驱体的摩尔比为x:1,1≤x≤1.095，优选地，1.07≤x≤1.095。
[0016]本专利技术采用高温固相法制备得到LiNi
0.90
Co
0.05
Mn
0.05
O2材料，通过改变煅烧温度、锂源和锂化配比，探究不同锂配比对材料性能的影响，以制备出比容量高，循环性能好的正极材料。
[0017]在本专利技术的一个优选的实施例中，所述锂盐为LiOH
·
H2O，烘干的三元前驱体与LiOH
·
H2O的质量比为1.8990:0.8698
‑
0.9568。LiOH
·
H2O有利于制得比容量高、循环性能好的拥有较好的层状结构的正极材料。
[0018]在本专利技术的一个优选的实施例中，三元前驱体粉末采用真空烘干，温度为60
‑
100℃。
[0019]在本专利技术的一个优选的实施例中，研磨筛分的筛子目数为200
‑
400目。
[0020]本专利技术还公开了一种锂离子电池，采用所述的超高镍三元锂离子电池正极材料作为正极材料。
[0021]在高温固相法制备正极材料过程中，锂源经过高温烧结易损失部分锂，从而使三元正极材料出现缺锂现象进而影响材料的结构稳定性。因此需要在混料过程中添加过量的锂来弥补锂挥发。为确定最佳合成条件，本专利技术研究了不同的锂配比对材料性能的影响。
[0022]温度升高，会促使产物中的一次颗粒更大、更致密，提高振实密度。且原料中许多未成球的团聚小颗粒也由于固相反应，重新生长成结构致密的产物，因此适当提高煅烧温度对反应是有利的，但是温度过高，容易生成缺氧型化合物而且还会促使二次再结晶，同时材料的晶粒过大，导致比表面积小，不利于锂离子在材料中的脱出和嵌入；温度过低，反应不完全，容易生成无定形材料，材料的结晶性能不好，且易含有杂相，对材料的电化学性能影响也较大。所以只有当煅烧温度适中，才能使材料的加工性和电化学性能达到最佳状态。
[0023]高温烧结过程中Li挥发会使材料化学计量比失衡，导致三元材料处于缺锂状态，锂镍混排严重，因此在合成过程中引入过量的LiOH，用于通过升华补偿Li2O的损失并抑制Li/Ni混排。而锂过量又会导致材料表面残留锂化合物与空气中的H2O和CO2反应逐渐转化为LiOH和Li2CO3，抑制Li
+
在活性物质中的脱嵌，降低了电极材料的电子电导率和离子扩散率，引起阻抗增大，导致电池的极化严重和倍率性能恶化，并且残留锂化合物会与电解液发生严重的副反应。
[0024]综上所述，锂化配比偏高或者偏低，对于正极材料都是不利的，只有合适的锂配比才能制备出电性能最优的正极材料。
[0025]本专利技术采用共沉淀法制备前驱体Ni
0.90
Co
0.05
Mn
0.05
(OH)2，对烧结温度、锂源和锂配比展开梯度研究，通过固相反应法合成不同锂配比的LiNi
0.90
Co
0.05
Mn
0.05
O2正极材料，探究
不同煅烧温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高镍三元锂离子电池正极材料，其特征在于，所述超高镍三元锂离子电池正极材料的化学式为LiNi
0.90
Co
0.05
Mn
0.05
O2，其中，n(Li):n(Ni+Co+Mn)＝1
‑
1.095:1，优选地，n(Li):n(Ni+Co+Mn)＝1.07
‑
1.095:1。2.根据权利要求1所述的超高镍三元锂离子电池正极材料，其特征在于，所述超高镍三元锂离子电池正极材料具有层状结构，所述超高镍三元锂离子电池正极材料由一次颗粒团聚形成的二次颗粒组成，粒径为1～3μm。3.一种超高镍三元锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将烘干的三元前驱体Ni
0.90
Co
0.05
Mn
0.05
(OH)2与锂盐、钠盐混合均匀，先在400
‑
600℃保温4
‑
6h一次煅烧，然后660℃
‑
730℃保温12
‑
16h二次煅烧，冷却至室温，将烧结后产物研磨筛分后，得到超高镍三元锂离子电池正极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒心，彭丽娟，李丹，胡兴，刘航，周璇，
申请(专利权)人：湖南航天天麓新材料检测有限责任公司，
类型：发明
国别省市：