[发明专利]一种降低高镍材料残碱含量的方法及制备得到的低残碱高镍材料

说明书

本发明提供了一种降低高镍材料残碱含量的方法，所述的方法包括：高镍三元正极材料前驱体、锂盐和添加剂混合后进行梯度烧结，得到低残碱的高镍三元一烧产物，所述的添加剂为弱酸盐。该方法通过采用梯度烧结方式，设置低温平台，在低温平台中使得弱酸盐添加剂熔融，通过熔融的弱酸盐添加剂来消耗高镍三元材料表面的LiOH和Li₂CO₃等残碱。

技术领域

本发明属于高镍材料制备技术领域，涉及一种降低高镍材料残碱含量的方法及制备得到的低残碱高镍材料。

背景技术

近年来，由于人类对传统能源的过度开采和使用，不仅导致传统能源的资源短缺，还造成环境污染和温室效应等诸多全球性问题。因此，发展环保和可再生的新能源被认为是取代传统能源的重要途径。锂离子电池作为新能源中的一种新型电池，由于具有能量密度高，循环寿命长，环境友好和安全性高等优点，在众多化学电源中脱颖而出，引起了人类社会的广泛关注。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，它是制约大功率和长寿命的锂离子电池发展的重要因素。其中，镍钴锰三元正极材料(NCM)尤其是高镍三元正极材料因具有较高的比容量，被认为是下一代锂离子电池正极材料中最有力的候选者。然而高镍三元材料也存在一些本征的缺点，例如随着镍含量的升高，Li/Ni混排的现象会越来越严重，导致材料的倍率性能下降；镍含量越高的三元材料，越容易与空气中的CO₂和H₂O发生反应生成Li₂CO₃和LiOH，造成材料表面残余碱含量过高，进而影响材料的循环性能。

目前高镍三元正极材料的制备工艺的具体步骤如下：1、将高镍三元前驱体氢氧化镍钴锰、锂盐和掺杂剂均匀混合后在气氛炉中进行一次高温烧结。2、对烧结后的物料进行破碎、研磨和筛分。3、将筛分后的物料与一定比例的水搅拌混合，并进行抽滤和干燥。4、将干燥好的物料和包覆剂均匀混合后在气氛炉中进行二次高温烧结。5、对烧结后的物料进行筛分和除磁，便得到高镍三元正极材料的成品。

由于锂盐在高温烧结的过程中会挥发损失一部分，因此在配料的时候，往往会提高锂盐的添加量，即提高锂盐比，使反应得以充分进行。但添加过量的锂盐会导致锂的残留，残留的锂会吸收空气中的CO₂和H₂O生成Li₂CO₃和LiOH残余碱。这种情况集中体现在一次高温烧结，一烧产物的残余碱总量少可达到七八千，多则一万以上。过量的残余碱会使浆料形成果冻状，导致涂布工艺难以进行，其次会降低材料的循环性能，同时还会造成软包的产气问题导致电池安全性能下降。

CN109768254A公开了一种改性的低残碱型高镍三元正极材料，所述改性的低残碱型高镍三元正极材料是将高镍三元正极材料及磷酸氢盐均匀分散于溶剂，然后对所得混合溶液进行烘干，再对烘干所得产物进行烧结，以使高镍三元正极材料表面的残碱与磷酸氢盐反应生成磷酸盐而得到的。

CN110071278A公开了一种含活性氧去除剂的高镍三元正极材料，包括活性氧去除剂及高镍三元材料，所述活性氧去除剂包覆在所述高镍三元正极材料表面，本发明还提供一种活性氧去除剂包覆的高镍三元正极材料的制备方法，是将高镍三元正极材料与活性氧去除剂按照一定质量比溶解在无水乙醇中进行超声分散，过滤后将样品在100℃下真空干燥12～24h而得到，既可以消除高镍三元正极材料在循环或存储过程中形成的活性氧，抑制电解液氧化分解产气，还可以消除高镍三元正极材料表面残锂，降低表面残碱。

CN109360983A公开了一种改性高镍三元正极材料及其制备方法和应用。该改性高镍三元正极材料的制备方法为：制备高镍三元中间相溶液，将酸性固体溶于水中得到酸性溶液；将上述两种溶液混合均匀后，经过水热或溶剂热反应后，进行煅烧，降温研磨过筛后得到改性高镍三元正极材料。

虽然目前多采用水洗的方法将材料表面的残余碱洗掉，但水洗过程中，伴随着残余碱的去除，大量的锂离子也会随之流失；同时，颗粒表面受到水的侵蚀会导致结构稳定性下降，这些情况都增加了材料的不可逆容量，降低了材料的循环性能。

发明内容