[发明专利]一种通过调节锂源氧化改性NCM三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种调整锂源成分和配比来氧化改性高镍三元正极材料的方法。所述方法通过调整锂源的成分和配比，以适当比例引入氧化性锂盐，与主体锂盐进行分散混合均匀，在后续的混锂煅烧过程能够推动氧化反应，提升Ni²⁺氧化至Ni³⁺的比例，减小了材料的锂镍混排程度，制备了具有良好层状结构的三元材料。另外，根据不同的锂盐成分调整对应煅烧程序，优化煅烧温度，降低煅烧过程的时长和能耗，节约了制备成本。本发明所示方法简单易行，所用原料常见易得，对工业降低能耗具有指导意义。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及到一种调整锂源成分和配比来氧化改性高镍三元正极材料，同时降低制备能耗的实施方法。

背景技术

能源问题和化石燃料燃烧引发的环境污染问题推动了新型绿色能源的开发和利用。传统化学电源能量密度不足，循环性能不佳，无法满足便携式电子设备的使用。进入21世纪，居民生活水平的进一步提高带来燃油汽车保有量的爆发式增长，大量排放的废气颗粒给环境造成更为剧烈的压力。使用混合动力汽车或纯电动汽车代替目前传统汽油车辆是必然趋势。

新型电动汽车离不开大中型储能电池和动力电池。锂离子电池因其高能量密度，高功率密度和良好的循环性能，成为车辆保证续航表现的主要能源供给方式。LiFePO₄和三元正极材料(NCM)LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0x1,0y1,0x+y1)成为电动车用动力电池两大主流正极材料。

对于三元正极材料来说，镍和钴含量的增加能够有效提升材料的比容量，但由于钴价格昂贵，资源有限，且对环境不友好，所以通过提高镍含量更为现实。镍含量提升至60％以上的高镍三元材料已经有部分实现商业化。在三元材料前驱体中镍为+2价，成品中镍为+3价，Ni²⁺很难氧化成Ni³⁺，需要在纯氧条件下进行转化，温度过低氧化难以进行。但三价镍在高温下不稳定，易分解为二价镍，放出氧气，温度又不能过高。所以控制材料煅烧温度极其重要。一般情况下，镍含量越高煅烧温度越低。高温长时间煅烧也是一个相当耗能的制备过程。进一步降低氧化难度，降低煅烧温度和时长，对于高镍三元材料的制备意义重大。所述方法通过调整锂源的成分和配比，以适当比例引入氧化性锂盐，与主体锂盐进行分散混合均匀，在后续的混锂煅烧过程能够推动氧化反应，提升Ni²⁺氧化至Ni³⁺的比例，减小了材料的锂镍混排程度，制备了具有良好层状结构的三元材料。另外，根据不同的锂盐成分调整对应煅烧程序，优化煅烧温度，降低煅烧过程的时长和能耗，节约制备成本。

发明内容

有鉴于此，本发明目的之一是提供一种调节锂源成分和配比来改性NCM三元正极材料，层状结构的锂镍混排程度降低，首周库仑效率提高，材料循环性能变佳；目的之二是通过加入氧化性锂源成分并调节配比达到增强煅烧过程氧化性，同时降低煅烧温度和缩短煅烧时间，大幅度降低制备过程能耗。所述方法选择具有氧化性的锂盐作为部分锂源，在煅烧过程中混合，高温固相反应下，氧化性阴离子配合氧气发挥强氧化性，材料中Ni²⁺被充分氧化为Ni³⁺，提高成品材料中Ni³⁺的含量，阳离子混排程度降低；同时，由于氧化性增强，传统制备方法用于氧化Ni²⁺所需的高温和长时间煅烧可以被进一步优化而降低能耗，节约了生产成本。

本发明方案是通过以下技术方案实现的：

一种氧化改性的NCM高镍三元正极材料，氢氧化物前驱体材料与调制后锂盐的摩尔比为1:0.98～1.1，锂源中氧化性锂盐的摩尔占比为10～50％，其余主体锂盐为传统使用的LiOH·H₂O或Li₂CO₃，煅烧后得到烧结氧化改性的高镍三元正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，其中，x≥0.8；