[发明专利]一种纤维增强的NCM三元正极复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纤维增强的NCM三元正极复合材料及其制备方法，属于化学储能电池领域。所述材料中无机氧化物纳米纤维分布在NCM三元正极材料二次颗粒内部。所述方法通过在共沉淀法合成NCM三元正极材料前驱体的合成过程中，将无机纳米纤维加入到反应釜中，无机纳米纤维可以作为NCM前驱体材料晶体形核的核心，使得NCM前驱体材料的纳米片能够在堆积生长的过程中将纳米纤维包埋进NCM前驱体材料内部。在后续的混锂高温煅烧过程中，纳米纤维能保持稳定不分解，最终稳定保存在NCM三元正极材料内部。所述材料可增强材料颗粒的剪切强度，降低二次颗粒在循环过程中的破碎现象。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强的NCM三元正极复合材料及其制备方法，属于化学储能电池领域。

背景技术

在我国的能源结构以煤炭、石油等化石能源为主的背景下，大量化石能源的利用导致的日益严重的环境污染问题亟待解决。目前出现的新型能源形式主要以太阳能、地热能、风能等为主，这些能源形式无法被直接利用，一般都需要转化为电能来加以利用。电能作为一种可直接使用的二次能源，几乎涵盖了社会发展的各个方面。随着电动汽车以及便携式电子设备的普及，新型电能储存装置的发展也受到广泛关注，而锂离子电池作为高能量密度的储电装置正在引起越来越多人的关注。根据国家要求，到2020年时锂离子电池的能量密度要达到300Wh·kg^-1，为了实现这一目标，作为锂离子电池短板的正极材料的性能急需提高。NCM三元材料作为比能量密度较高的正极材料近年来得到长足的发展。NCM三元材料的组成为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0x1，0y1，0(x+y)1；并且Ni含量越高，NCM三元材料的放电比容量越高。

传统的NCM三元材料的颗粒是由许多小的纳米级的一次颗粒堆积而成的微米级二次颗粒，由于这些小的一次颗粒具有晶体材料的各向异性的特点，在循环充放电过程中，当Li⁺从材料中的Li层嵌入或脱出时，材料的晶胞体积会发生相应的膨胀和收缩，对应的一次颗粒的体积也会发生变化。由于一次颗粒之间是紧密堆积的，因此一次颗粒的体积变化会导致一次颗粒之间的相互挤压，在二次颗粒内部产生应力。当应力达到NCM材料二次颗粒的屈服极限时，材料会发生开裂，裂纹的出现会导致大量的电解液渗入到材料内部，加剧界面副反应并导致循环稳定性快速下降。鉴于NCM材料的结构特征，循环过程中NCM三元材料二次颗粒内部的应力积累是不可避免的，因此可以通过增大二次颗粒的强度来缓解应力积累带来的颗粒破碎问题。部分研究通过元素掺杂来试图扩宽Li⁺的扩散通道并加快Li⁺的扩散，从而缓解应力的积累。但是在长时间的循环过程中，颗粒破碎仍然会发生。因此需要从提高材料二次颗粒强度的角度出发来对材料进行设计。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纤维增强的NCM三元正极复合材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种纤维增强的NCM三元正极复合材料，所述材料中，无机氧化物纳米纤维分布在NCM三元正极材料二次颗粒内部，所述NCM三元正极材料为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0x1，0y1，0(x+y)1；所述无机氧化物纳米纤维的长度为2～8μm，所述无机氧化物纳米纤维占所述材料总质量的1～5％。

优选的，所述无机氧化物纳米纤维为二氧化硅纳米纤维、二氧化锆纳米纤维、二氧化锡纳米纤维、氧化铝纳米纤维、氧化镁纳米纤维和氧化锌纳米纤维中的一种以上。

一种纤维增强的NCM三元正极复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐按照镍、钴与锰的摩尔比为x：y：(1-x-y)配制成镍、钴、锰离子总浓度为1～2mol/L的混合盐溶液，其中0x1，0y1，0(x+y)1；