[发明专利]一种降低残碱含量的高镍正极材料及其处理方法和锂二次电池

说明书

本发明属于锂离子电池领域，公开了一种降低高镍正极材料残碱含量的方法，该方法是将高镍正极材料投入到纳米锆酸铝的乙醇分散液后通过边搅拌边蒸发的方式进行固液分离，所得干燥后粉体进行过筛、烧结再过筛得到一次烧结半成品，然后将此半成品进行水洗、离心、干燥、二次烧结和过筛得到低残碱量的高镍正极材料。本发明方法制得的高镍正极材料具有完整的材料结构，同时具有高产率、低残碱、高循环充放电性能、高倍率性能的特点。对于现有市场上锂离子电池综合性能有较大的提升。

技术领域

本发明涉及电池正极材料相关领域，具体涉及一种降低残碱含量的高镍正极材料处理方法。

背景技术

2021年，锂离子动力电池市场在新能源汽车市场上迅速铺开，全球新能源汽车销量激增拉动着锂离子电池出货量的大幅度增长。目前，动力电池仍以磷酸铁锂电池为主，但磷酸铁锂比能量密度有限，未来将难以满足乘用车在续航方面的需求。因此，追求高比能量密度是锂离子动力电池重要的研究方向，也是未来研发和产业化的重点。由于正负极容量的差异，正极材料往往是影响电池能量密度的瓶颈所在。层状LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂三元正极材料兼具了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMO₂三者的优点，兼具了高放电容量、良好循环寿命和低成本的特点，是一种非常有应用前景的正极材料。研究者通过调节三种过渡金属的相对含量，可以获得满足不同要求的材料。大量研究指出高镍正极材料(Ni≥80%)，具有较高的可逆比容量和较佳的循环稳定性，适合作为高比能量动力电池用正极材料，因此受到越来越多研究者的关注。尽管高镍正极材料具有上述优点，但高镍正极材料随着镍含量越高，总残碱量也越高。当材料接触空气时，粉末材料的结构、形貌和成分都发生变化，电化学性能逐渐下降，尤其暴露在潮湿空气中尤为明显，生成碱性产物Li₂CO₃和LiOH。残碱量高会使得制备浆料时吸水，导致加工性能变差。另外残碱会与电解液反应，生成气体导致电池胀气，影响安全性能。为降低残锂，通常最有效的工艺为水洗工艺，但水洗后高镍正极材料的结构受到破坏。(Theeffects of washing on LiNi_0.83Co_0.13Mn_0.04O₂ cathode materials. Solid StateIonics 334(2019) 105-110.)。

此方面的研究可参考CN201810371980.4和CN201910536718 .5 。

CN201810371980.4公开了一种降低锂离子电池层状正极材料表面残碱的方法，该发明通过水洗降低表面残碱，再通过醇洗快速去除残留表面的水分，最后通过添加纳米氧化锆烧结稳定表面结构。该发明有效的减少了正极材料的表面残碱。但是，水洗之后材料结构被破坏，尽管通过添加纳米氧化锆稳定表面结构，但水洗过程中锂流失量仍然很多。

CN201910536718 .5 公开了一种低表面残碱的高镍单晶三元正极材料及其制备方法，该发明先将氢氧化锂、氧化添加剂、镍钴锰三元前驱体混合，对混合物进行一次烧结，对烧结后的一次烧结料进行粉碎、过筛，向过筛后的产物添加包覆剂、去离子水进行搅拌水洗，制得浆料。对浆料进行二次烧结，二次烧结料粉碎过筛得到最终产物。该发明中同步水洗降碱和湿法原位包覆同步完成，制得的产物具有低残碱的特点。不过该发明仍然没有解决水洗过程对材料结构的损坏。

本发明要解决的技术问题是：如何解决在保护高镍三元材料结构不被破坏的情况下，降低高镍三元材料高残碱的技术问题。

发明内容