[发明专利]一种网络镶嵌的高镍三元锂电池电极材料及制备方法

说明书

本发明属于锂电池领域，提供了一种网络镶嵌的高镍三元锂电池电极材料及制备方法，其技术要点是按照LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂配制高镍三元材料的前驱液，其中，X≥0.6，在高镍前驱液中加入起泡剂、碱液，然后进行喷雾干燥后得到多孔粉末，将粉末混合物在箱式炉中于350‑500℃条件下烧结3‑5小时，得到多孔高镍三元；按照LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yO₂配制低镍三元材料的前驱液，其中，X=0.1‑0.3，然后将低镍前驱液吸附在多孔高镍三元，于750‑900℃条件下烧结1‑2小时，得到由低镍均匀网络镶嵌包覆高镍的三元材料。

技术领域

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种网络镶嵌的高镍三元锂电池电极材料及制备方法。

背景技术

锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。锂电池的发明者是爱迪生。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。锂电池通常分两大类：锂金属电池：锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池：锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。虽然锂金属电池的能量密度高，理论上能达到3860瓦/公斤。但是由于其性质不够稳定而且不能充电，所以无法作为反复使用的动力电池。而锂离子电池由于 具有反复充电的能力，被作为主要的动力电池发展。但因为其配合不同的元素，组成的正极材料在各方面性能差异很大，导致业内对正极材料路线的纷争加大。通常我们说得最多的动力电池主要有磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池以及三元锂电池（三元镍钴锰）。

锂离子电池和传统的蓄电池比较起来，不但能量更高，放电能力更强，循环寿命更长，而且其储能效率能够超过90%,以上特点决定了锂离子电池在电动汽车、存储电源等方面极具发展前景。决定锂离子动力电池成本和性能的关键在于材料，锂离子动力电池的材料决定了电动汽车的发展路线和运行模式。因此，突破锂离子动力电池的瓶颈问题，关键在于材料问题的解决。

锂离子电池和传统的蓄电池比较起来，不但能量更高，放电能力更强，循环寿命更长从而决定了锂离子电池在电动汽车的应用具有广阔的前景。在锂离子电池中，正极材料是其最重要的组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键。在同样的容量发挥的前提下，要提高电池的体积能量密度，就要提高电池活性物质单位体积的填充量。而层状三元材料Li-Ni-Co-Mn-O 具有高比容量、成本较低、循环性能稳定、安全性好等优点，并且可以有效弥补了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 各自的不足，因此三元材料成为正极材料领域的研究热点。

特别是高镍含量的三元材料能够获得得更高的能量密度，对推动在动力汽车的应用至关重要。但是，高镍三元正极材料的循环性能和安全性能却随着镍含量的增加而逐渐恶化。在实际使用时，材料充电后镍转变为强氧化性的高价镍，它不仅与电池内部的其它组分如电解质等反应放出热量和气体，而且高价镍本身很不稳定，受热会分解并析出氧气。极易导致体积变化，甚至当内压达到一定压强时，发生爆炸。

现有技术中主要通过掺杂改性来改善高镍三元正极材料的循环稳定性、结构稳定性与安全性。但氮掺杂降低了容量密度，而且需要多种元素协同掺杂，对工艺控制带来了极大的难度。

目前已有报道，通过低镍包覆高镍形成梯度，可以有效提高循环稳定性和结构稳定。但在实际操作时梯度难以控制，低镍包覆高镍的厚度难以控制，影响其工业化生产。

发明内容