[发明专利]一种动力锂电池专用高镍三元电极材料及制备方法

说明书

本发明属于三元电池制备的技术领域，具体涉及一种动力锂电池专用高镍三元电极材料及制备方法。通过将预制铝镁层状双金属氧化物，然后将镍钴锰锂乙酸盐加水混合均匀加入，并加入石墨烯、硫酸钠，真空焙烧，然后利用激光烧结使镍钴锰固定在镁层状双金属氧化物的骨架和层间，得到高镍三元复合正极材料。铝镁层状双金属氧化物骨架有效抑制抑制锂镍混排现象，石墨烯和硫酸钠的加入，提升镍的电导率，并为锂离子的扩散提供通道，有效避免了镍对锂的挤压，同时具有优异的电化学性能，在80℃下，5C下首次放电比容≥186mAh/g，循环120次，放电比容量为≥177mAh/g。

技术领域

本发明属于三元电池制备的技术领域，具体涉及一种动力锂电池专用高镍三元电极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池和传统的蓄电池比较起来，不但能量更高，放电能力更强，循环寿命更长，而且其储能效率能够超过90%,以上特点决定了锂离子电池在电动汽车、存储电源等方面极具发展前景。

随着各类电子产品的功能与性能不断地提升，对电池能量密度的要求也更加强烈。过去，为了提升电池的电容量，几乎都从电池设计来着手，但是此种方法目前已趋近极限，想再提高电池的电容量，必须更换新的材料体系。

镍钴锰酸锂三元材料是近年来开发的一类新型锂离子电池正极材料，具有容量高、循环稳定性好、成本适中等重要优点，由于这类材料可以同时有效克服钴酸锂材料成本过高、锰酸锂材料稳定性不高、磷酸铁锂容量低等问题，在电池中已实现了成功的应用。

中国发明专利申请号201710168183.1公开了一种硅基镍钴锰锂三元锂电池电极材料及其制备方法。公开了一种硅基镍钴锰锂三元锂电池电极材料及其制备方法，采用镍、钴、锰盐制备前驱物，制备过程中引入有机硅形成溶胶，采用气流式喷雾干燥器对溶胶进行喷雾干燥，同时引入石墨烯浆体，在快速干燥过程中，石墨烯成为颗粒间的空间阻隔，限制了颗粒的尺寸，抑制其过度生长，得到粒度均匀、导电性良好的硅基镍钴锰锂三元电池材料。该发明提供上述方法有效解决在实际应用中三元锂电池电极材料由于其镍含量高，结构稳定性差，进而影响电池安全性的技术问题，有效地提高了三元锂电池电极材料稳定性，进而提升了三元锂电池使用安全性。

中国发明专利申请号201710156121.9公开了一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料及制备方法。公开了一种异形分布的镍钴锰酸锂三元锂电池正极材料及制备方法，该方法将高镍三元镍钴锰酸锂制备成丝状，高锰三元镍钴锰酸锂制备成球状，高钴三元镍钴锰酸锂制备成片状，通过形状克服各自的不稳定缺陷，再将三种异形结构的三元材料通过熔融的锡组装连接，形成三元正极材料。该发明提供上述方法克服了改性过程中容易引入其他杂相，三元材料成分不易控制的技术缺陷，利用三种材料的优势，通过形状改善不稳定结构，制备的电池正极材料兼具了高容量、高稳定性、和高电压循环性好，可实现快速充电，而且整个过程没有引入其他杂相，制备工艺易于掌握，电极材料可以一次成型，无需涂布工艺。

中国发明专利申请号201610988919.5公开了一种三元电极复合材料的制备方法。提供了一种三元电极复合材料的制备方法，包括：(1)将质量比为1:1-1:8的氧化石墨烯与硫酸亚锡溶于去离子水，超声震荡1-6h；(2)水浴加热至50-70℃，搅拌4-10h，冷却至0℃；(3)加入与氧化石墨烯重量为1:1-1:8的苯胺，再加入溶解有过硫酸铵的稀硫酸，冰水浴中搅拌，得到沉淀物；(4)将沉淀物洗涤至中性，在70-90℃下烘干，研磨得到粉末状石墨烯-二氧化锡-聚苯胺三元电极复合材料。本发明的三元复合材料，其在扫描速率是5mV/s时，电容为987F/g，同时其稳定性出色，经100次循环伏安测试，电容值保持率达到93％以上。

目前三元材料主要是111型、424型、523型，但均属于低镍系，容量偏低，因此，为了向高容量密度发展，高镍是主要方向。但高镍的合成工艺、热稳定性和安全性的控制还存在问题。特别是Ni含量越高，极易挤压造成锂的析出，使Li在材料表面易形成碳酸锂、氢氧化锂等锂的可溶性盐，严重影响高镍三元的工作寿命。

发明内容