[发明专利]一种降低锂离子电池高镍三元材料残碱的方法

说明书

本申请涉及一种降低锂离子电池高镍三元材料残碱的方法。本申请方法包括以下步骤：(1)提供洗涤液，所述洗涤液包括水和与水不互溶的有机溶剂；(2)以所述洗涤液对所述锂离子电池高镍三元材料进行洗涤，经过滤、干燥后，得到中间产物；(3)将所述中间产物在O₂气氛中焙烧，得到低残碱值的正极材料。该方法不仅降低了高镍三元材料的残碱值，还提高了材料的电化学循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料的制备领域，特别涉及一种降低锂离子电池高镍三元材料残碱的方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、重量轻、无记忆效应、能量转化效率高等优点，是电动汽车的核心零部件。而正极材料是动力电池最重要的组成部分，这是因为正极材料的放电比容量和放电电压直接决定了锂离子电池能量密度的高低，而且其成本占电芯成本的30％～40％。近几年，电动汽车保有量快速增加，但与传统燃油汽车相比，电动汽车在续驶里程方面仍有较大的劣势，同时用户也期望电动汽车具有更长的续驶里程，而提高动力电池的能量密度是延长续驶里程最有效的办法之一。

镍系三元材料(Li_1+nNi_xCo_yM_zO₂，M＝Mn或Al)是锂离子动力电池使用最广泛的正极材料之一。提高镍的含量可以有效提高材料的放电比容量，从而提高电池的能量密度。但高镍三元材料Li_1+nNi_xCo_yM_zO₂，尤其是x＞0.6的材料，材料表面会残留大量的LiOH和Li₂CO₃(二者俗称残碱)，残碱含量高会给电池的加工和电化学性能带来很多不利的影响。一方面，材料表面残留的LiOH容易吸水，这会导致正极浆料在制备锂离子电池的过程中出现拉浆果冻，极片制造困难的问题；另外，材料表面残留的Li₂CO₃会导致电池在高温存储时产生严重的气胀而失效，尤其是在充电状态。

为了降低高镍三元材料的残碱值，对材料进行表面包覆和水洗是常用的两个办法。如在专利CN 108172821 A以及CN 108023077A中所述，在材料表面包覆一层无机氧化物，如V₂O₅、SiO₂、ZrO₂等，通过高温焙烧，这些无机物会和表面残留的锂反应生成Li₃VO₄、Li₂SiO₄和Li₂ZrO₃，从而在一定程度上降低残碱值，但是该方法不能将材料内部晶粒之间的残锂除去，效果不是很好。水洗的办法非常容易将高镍三元材料的残碱值降低到0.1％以下，但材料的电化学性能也容易下降，这是因为去离子水会导致材料晶格中Li的脱出，使Li/M比偏离化学计量比，所以洗涤用水量要严格加以控制。通常，高镍三元材料中残留的LiOH为0.4％～0.7％，残留的Li₂CO₃为0.5％～0.8％。20℃时，LiOH和Li₂CO₃在水中的溶解度分别为6.93g和1.33g，通过计算，100质量份的高镍三元材料需要40～60质量份的水即可去除残碱。但是62.5％～71.4％的高固含量给搅拌洗涤设备带来较大的负荷，不仅容易损坏设备、堵塞管道，还会导致材料降残碱效果不佳，所以不得不增加用水量来降低固含量。目前为止，降低洗涤浆料的固含量与抑制高镍三元材料电化学性能衰减之间的矛盾并未得到很好的解决。

发明内容

本申请提供一种降低锂离子电池高镍三元材料残碱的方法，包括以下步骤：

(1)提供洗涤液，所述洗涤液包括水和与水不互溶的有机溶剂；

(2)以所述洗涤液对所述锂离子电池高镍三元材料进行洗涤，经过滤、干燥后，得到中间产物；