[发明专利]一种提高锂离子电池高镍三元材料电化学性能的方法

说明书

本发明提供一种提高锂离子电池高镍三元材料电化学性能的方法，步骤包括：根据高镍三元材料表面的残锂含量，计算反应所需要的磷酸用量，将磷酸溶于有机溶剂中配置成磷酸溶液；将高镍三元材料分散于有机溶剂中，搅拌得到悬浊液，再加入上述磷酸溶液，初次干燥，使该高镍三元材料表面产生包覆层；将上述表面具有包覆层的高镍三元材料在烘箱中60～150℃干燥0.5～2h，在氧气氛围下于550～750℃加热3～6h，使得高镍三元材料表面具有锂磷氧化物包覆层，从而提高其电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子正极材料制备领域，涉及一种提高锂离子电池高镍三元材料电化学性能的方法，具体涉及一种利用锂磷氧化物对高镍三元材料进行表面包覆的方法。

背景技术

锂离子电池具有高工作电压及能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点，广泛地被应用于小型电子设备以及新能源储能等领域。但是随着电子数码产品的快速更新换代、电动汽车长续航里程的要求，现如今的锂离子电池电极材料体系已不能满足需求。因此，迫切需要开发出更高性能的电极材料，从而提高锂离子电池的电化学性能。

近年来，高镍三元正极材料日益受到人们的广泛关注。随着镍含量的提高，三元材料表现出更高的比容量，可以显著提高锂离子电池的能量密度。但是，镍含量的提高会导致三元材料的储存性能以及倍率性能变差，同时降低其热稳定性，安全性变差。高镍三元材料非常容易与空气中的H₂O、CO₂反应生成LiOH/Li₂CO₃等残碱，该反应不仅破坏了材料的表面结构，同时其生成的残碱在电化学过程中会阻隔锂离子的扩散并发生分解产生气体，导致电池倍率性能下降并产生安全问题。

目前，研究人员多采用Al₂O₃、MgO、TiO₂、ZrO₂等材料对三元材料进行表面包覆，期望提高其循环寿命及倍率性能，并降低表面的残锂含量。但是上述包覆材料的电子及离子导电率较低，在电化学过程中会阻碍电子、锂离子的扩散，降低材料的高倍率性能；同时上述包覆材料会与电解液中的HF反应生成H₂O，从而进一步促进电解质的分解并生成更多的HF，如此恶性循环，严重影响电池电化学性能的发挥。因此，研究人员需要寻找合适的包覆材料，该材料需在降低高镍三元材料表面残碱的同时提高其电化学性能。

公布号为CN102881911B的中国专利公开了一种液相沉淀法去除锂离子电池富镍材料表面锂残渣的方法，合成表面包覆有Li₃PO₄层的富镍材料。但此方法以水为分散介质并加以高温蒸干，该合成过程对材料的表面结构破坏严重。

公布号为CN105070896B的中国专利公开了锂二次电池用高镍多元正极材料及其制备方法，该材料碱度低、气胀程度小。但是其固相干法混合的方式难以保证包覆层的均一性、完整性及致密性。

可见现有技术不足以降低高镍三元材料表面残碱的同时提高电化学性能，此为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种提高锂离子电池高镍三元材料电化学性能的方法，以高镍三元材料表面的残锂为反应物，通过加入磷酸与之反应，再经过煅烧制备锂磷氧化物包覆的高镍三元材料，能够改善锂离子电池高镍三元材料电化学性能，包括提高容量、倍率性能及循环性能，降低表面LiOH/Li₂CO₃等残锂。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种提高锂离子电池高镍三元材料电化学性能的方法，步骤包括：

根据高镍三元材料表面的残锂含量，计算反应所需要的磷酸用量，将磷酸溶于有机溶剂中配置成磷酸溶液；

将高镍三元材料分散于有机溶剂中，搅拌得到悬浊液，再加入上述磷酸溶液，初次干燥，使该高镍三元材料表面产生包覆层；