[发明专利]一种表面高密度位错的NCM三元正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种表面高密度位错的NCM三元正极材料的制备方法。所述方法是首先将NCM三元正极材料浸泡在酸性缓冲溶液中一定时间，在随后的惰性气体氛围中退火煅烧时，调控煅烧时间及温度并最终在材料表面形成大量氧空位。氧空位的形成导致材料表面层状结构出现高密度位错。高密度位错的交割作用会抑制在长循环充放电过程中由于材料颗粒相互挤压产生的位错向材料内部移动，因此材料的颗粒完整性得到保持；同时颗粒的完整性减少了材料新鲜表面的暴露，降低电解液对正极材料的侵蚀，同时降低界面副反应，从而提高材料在循环充放电过程中的循环稳定性。本发明所示方法中所用原料无毒环保，符合绿色化学的要求，操作简单，便于实施，具有良好的工业应用前景和经济效益。

技术领域

本发明涉及一种表面高密度位错的NCM三元正极材料的制备方法，具体涉及一种首先采用酸性缓冲溶液浸泡，随后在惰性气体中退火煅烧得到表面具有高密度位错结构的NCM三元材料的方法，属于化学储能电池领域。

背景技术

随着环境污染和能源枯竭等问题的日益严峻，能源领域的研究工作者对于新型清洁能源的开发研究热情高涨。作为一种清洁绿色的二次能源，电能正在逐渐取代传统化石能源在日常生活中的地位。同时由于电动汽车和便携式移动电子设备的广泛使用，电能储存装置的开发也变得愈发重要。锂离子电池作为目前最受关注的电能储存装置已经被大量研究，在高续航能力的要求下，高能量密度已经成为锂离子电池的主要研究方向。作为锂离子电池能量密度的主要限制因素，正极材料的研发重点主要放在如何提高其充放电比容量上。相比于其他正极材料，NCM三元正极材料(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中0.6x1)由于其在比容量和价格等方面的优势而受到了正极材料研发领域的普遍关注。随着镍含量的增加，NCM三元正极材料的放电比容量增加明显，但是材料的循环稳定性也会大幅下降，并因此缩短电池使用寿命。

NCM三元正极材料层状结构的稳定性直接决定其循环稳定性，因此为了改善NCM三元正极材料的循环稳定性，必须从增强材料结构稳定性的角度入手。相同条件下正极材料的比容量只与其脱出/嵌入的Li⁺含量有关，因此为了获得高的充放电容量，必须有大量的Li⁺在材料晶格中反复脱嵌，而Li⁺反复脱嵌所导致的材料晶格尺寸频繁变化是正极材料结构稳定性差的主要原因。部分研究在NCM材料表层掺杂其他过渡金属元素(如锆、钛等)来稳定材料表面层状结构，以期达到缓解材料内部相变和结构塌陷的目的，但是这种方法不能从根本上抑制晶格畸变过程带来的负面影响。NCM三元正极材料通常经由共沉淀法和高温固相法合成，得到的材料二次颗粒是由更小的一次颗粒堆砌而成的。Li⁺从晶格中脱嵌的程度越大，材料的晶格畸变就越严重，而这会导致一次颗粒之间的挤压现象更加明显。挤压过程则会促进一次颗粒内部应力积累以及位错结构产生，位错从材料表面向内部迁移则会加快晶粒内部裂纹的出现。内部裂纹的形成给电解液侵蚀正极材料提供通道，从而导致更多的界面副反应产生，诱发材料相变及层状结构塌陷等问题，导致电池的寿命大幅衰减。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种表面高密度位错的NCM三元正极材料的制备方法；所述方法是首先将NCM三元正极材料浸泡在酸性缓冲溶液中一定时间，在随后的惰性气体氛围中退火煅烧时，调控煅烧时间及温度并最终在材料表面形成大量氧空位。氧空位的形成导致材料表面层状结构出现高密度位错。高密度位错的交割作用会抑制在长循环充放电过程中由于材料颗粒相互挤压产生的位错向材料内部移动，因此材料的颗粒完整性得到保持；同时颗粒的完整性减少了材料新鲜表面的暴露，降低电解液对正极材料的侵蚀，同时降低界面副反应，从而提高材料在循环充放电过程中的循环稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种表面高密度位错的NCM三元正极材料的制备方法，所述方法步骤如下：