[发明专利]氧化硅包覆高镍前驱体、改性高镍材料及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种氧化硅包覆高镍前驱体、改性高镍材料及其制备方法，包括以下步骤：将镍、钴、锰的盐溶液配成混合盐溶液，将混合盐溶液、碱溶液和络合剂溶液加入处于搅拌状态的惰性气氛保护的反应釜中，持续搅拌，在指定反应条件下进行共沉淀反应，反应结束后，过滤、洗涤，干燥，得到氢氧化物镍钴锰前驱体；将氢氧化物镍钴锰前驱体加入到预配制的硅源溶液中，加入氨水，搅拌直至氢氧化物镍钴锰前驱体溶解，陈化、过滤、洗涤，干燥后得到氧化硅包覆高镍前驱体。本发明通过湿法包覆对高镍前驱体进行SiO₂包覆，有利于材料均匀分散，使SiO₂以纳米颗粒的形式包覆到前驱体表面，进而提高改性高镍材料的循环、存储性能。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及氧化硅包覆高镍前驱体、改性高镍材料及其制备方法。

背景技术

目前，发展高性能的锂离子电池的关键在于优秀的电极材料的研发。目前负极材料的研究已经比较成熟，比容量较高，但是正极材料的比容量仍处于短板状态，正负极材料的容量不相匹配。在各种正极材料中，高镍材料的容量可以突破200mAh/g，凭借其较高的能量密度，高镍材料成为新能源汽车动力电池的首选正极材料，也是现阶段新能源产业的研究重点。特斯拉的应用更是把高镍材料带入一个全新的高度。

研究发现，高镍材料中过渡金属Ni²⁺与Li⁺半径很接近，过渡金属容易占据Li空位，导致结构不稳定。另外，在高电位和高温下，高镍材料表面的Ni溶解，会加速结构不稳定性，产生副反应，同时伴随着部分层状结构转变，导致材料的电化学性能迅速衰减。考虑到新能源汽车续航及使用要求，改善高镍材料的循环及存储性能是十分重要的。

针对这一问题，传统的改进路线是通过离子掺杂及表面包覆对高镍材料进行改性。这种方法会导致烧结次数增加以及成本的提高，同时高镍材料的表面残锂会比较高，不利于后期材料加工。中国专利201310472472.2公布了一种改善循环及存储性能的方法，但是工艺过于复杂，不利于工业化生产；中国专利201610989907.4公布了一种载银介孔氧化硅包覆三元材料，工艺流程较多，而且氧化银成本较高，不适合大批量生产；中国专利201611004866.5公布了一种氧化铝包覆前驱体改性方法，但是需要通入气体CO₂，不利于反应控制；中国专利201711200472.1公布了一种通过碱性水解硅酸酯制备的氧化硅进行包覆前驱体，但这种条件制备的粉体颗粒颗粒较大，比表面积小，不容易均匀包覆在前驱体表面，导致后期三元材料的表面残锂较高，影响材料电化学性能。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种氧化硅包覆高镍前驱体、改性高镍材料及其制备方法，旨在解决现有技术中高镍材料表面残锂高以及电化学性能差的问题。

本发明提出一种氧化硅包覆高镍前驱体的制备方法，包括以下步骤：

将镍、钴、锰的盐溶液以第一摩尔比配成混合盐溶液，将所述混合盐溶液、碱溶液和络合剂溶液按照指定工艺加入处于搅拌状态的惰性气氛保护的反应釜中，以第一搅拌工艺持续搅拌，在指定反应条件下进行共沉淀反应，反应结束后，过滤、洗涤，以第一干燥工艺干燥，得到氢氧化物镍钴锰前驱体；

将所述氢氧化物镍钴锰前驱体按照第二摩尔比加入到预配制的硅源溶液中，加入氨水，搅拌直至所述氢氧化物镍钴锰前驱体溶解，陈化、过滤、洗涤，以第二干燥工艺干燥后得到所述氧化硅包覆高镍前驱体。

进一步地，所述将所述氢氧化物镍钴锰前驱体按照第二摩尔比加入到预配制的硅源溶液中的步骤之前还包括，

将硅酸盐溶液、稀硫酸和表面活性剂以第三摩尔比混合后，以指定流速泵入到处于搅拌状态的反应釜中，以第二搅拌工艺持续搅拌，经陈化、过滤、洗涤后，得到所述预配制的硅源溶液。

进一步地，所述硅酸盐溶液包括硅酸钠、硅酸锂、硅酸钾中的一种或多种。