[发明专利]一种镍基材料的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍基材料的应用，尤其涉及一种镍基材料作为抗湿度锂离子电池正极材料的应用。

背景技术

作为一种新型绿色二次电池，锂离子电池具有体积小、电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电小和无记忆效应等优点而受到越来越广泛的关注。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，极大地影响着锂离子电池的性能和制约着其发展。

镍基正极材料Li(Ni_1-xM_x)O₂(M为过渡金属)由于成本低、毒性小和容量高等特点吸引着众多研究者，成为最具发展潜力的动力锂离子电池正极材料之一。但镍基材料有一个突出的问题就是，由于表面镍含量高、吸水性强、对周围环境湿度敏感，镍基正极材料在空气中放置一段时间后电化学性能减弱明显。其原因是：

镍基材料吸水后发生以下反应：

Li(Ni_1-xM_x)O₂+H₂O→NiO+LiOH+O₂

LiOH+CO₂→Li₂CO₃

Li₂CO₃+HF→LiF+CO₂

由于镍基材料吸水后表面生成了强碱性的氢氧化锂和碳酸锂，在混合浆料制造电池极片的过程中，容易使浆料成果冻状，难以完成涂布制片。此外，镍基材料吸水后，一部分活性物质转化为没有活性的NiO，电化学性能减弱，其次，吸水后产生的碳酸锂与电解液中微量的氢氟酸反应产生二氧化碳，使电池产生气胀，使得目前高镍材料只能用于圆柱电池，如特斯拉采用的18650型圆柱电池。

为了改善镍基材料的电化学性能与抗湿度性，一种有效的方法是在镍基材料表面包覆一层其它成分的稳定金属化合物。已有的研究采用AlPO₄、AlF₃、SiO₂、MgO、TiO₂等表面包覆可以提高材料的抗湿度性，然而这种包覆后核-壳材料在核-壳界面存在成分的急剧变化和结构的不一致，容易使壳层在循环过程中从核表面脱落。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，将一种镍基材料应用作为锂离子电池正极材料，从而获得核层与壳层连接紧密，不易脱落，结构稳定，且同时具有优异的抗湿度性能和电化学性能的锂离子电池正极材料。

本发明的技术方案：

一种镍基材料的应用，将镍基材料应用作为抗湿度锂离子电池正极材料，所述镍基材料包括位于核层的富镍正极材料Li(Ni_1-xM_x)O₂，其中0＜x≤0.4，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、Ti、Si中的至少一种；以及包覆在核层表面的贫镍壳层，贫镍壳层占镍基材料的1～40wt％。

优选贫镍壳层占镍基材料的5-20wt％。

所述镍基材料的制备方法包括以下步骤：(1)将硫酸镍和M盐溶于水中，得到镍与M的摩尔比为1-x：x，0＜x≤0.4的富镍盐溶液，再将其与NaOH溶液、氨水溶液以并流加料的方式加入到高速搅拌的反应釜中，同时通入N₂作为保护气体，控制体系的pH值为11～12，温度为50～60℃，NH₄⁺浓度为0.1～3.0mol/L；(2)将硫酸镍和M盐溶于水中，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、Ti、Si中的一种或几种，得到镍与M的摩尔比为1-y：y，0.6＜y＜1的贫镍盐溶液，当富镍盐溶液经过步骤(1)反应后体积剩余20-30％时，将贫镍盐溶液与NaOH溶液、氨水溶液以并流加料的方式加入其中，并充分搅拌，继续反应，反应完成后，过滤、洗涤、干燥，得到镍基材料前驱体；(3)将步骤(2)中得到的前驱体与锂盐粉末按锂与前驱体中镍与M总量的摩尔比为1.0～1.1:1的比例混合，研磨，在700～900℃煅烧，得到镍基材料。

上述得到的镍基材料的D₅₀优选为3～30μm。

上述得到的镍基材料的D₅₀进一步优选为5～20μm。

步骤(2)中的干燥温度为70～130℃，干燥时间为8～24h。

步骤(2)中的干燥温度优选为80～120℃，干燥时间优选为10～20h。

步骤(3)中的煅烧时间为4～20h。