[发明专利]一种嵌锂含镍金属氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种嵌锂含镍金属氧化物及其制备方法和应用。所述嵌锂含镍金属氧化物的制备方法包括：S1、将镍源在氧化性气氛中于200～500℃下预烧结2～10小时，得到含镍前驱体；S2、将所述含镍前驱体与碱金属化合物、氧化剂和水以及任选的添加剂混合后进行嵌锂反应，所述碱金属化合物中至少包括锂化合物，使得碱金属离子嵌入含镍前驱体中形成固溶态金属盐，嵌锂反应结束后进行固液分离，所得固体产物煅烧。采用本发明提供的方法制备嵌锂含镍金属氧化物并将其作为锂离子电池正极材料，可有效提高锂离子电池的首次放电容量和容量保持率，极具工业应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种嵌锂含镍金属氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

随着锂离子电池在电动汽车中的应用，电池材料受到越来越多的重视，正极材料的结构及性能成为了在电动汽车领域应用的关键因素，开发高容量、高循环性能、高安全、长寿命的正极材料是未来的主要发展方向，同时也对电池正极材料提出了更高要求。多元正极材料目前已逐步开始应用于3C领域，其中，日本松下、韩国LG已成功将多元正极材料批量应用于电动汽车。

随着锂离子电池的快速发展，对正极材料的要求不断增加，尤其是对正极材料的成分及物相结构的均匀性提出了更高的要求。电池正极材料性能直接影响到电池电性能，为了提高正极材料的性能，目前研究最多的方向是前驱体优化、烧结工艺优化、掺杂包覆手段优化，但物料均匀性方面均无法达到最为理想的状态。共沉淀结晶技术能够在一定程度上改善物相成分均匀化问题，但在锂化时，锂金属元素的烧结仍无法达到最理想的均匀化。锂化过程的一个重要技术指标是锂金属均分分布，因为锂元素的均匀分布直接影响到电池正极材料的容量、循环、倍率、安全等性能。目前主要是通过调节烧结温度、气氛、时间、装料量等，来改善锂元素的均匀分布问题。其中，对于不含镍的正极材料体系，锂元素容易嵌入晶格中实现均匀分布。然而，对于含镍的正极材料体系，通常需要采用高温高压嵌锂工艺，并且即便是采用高温高压嵌锂工艺，锂元素也难以达到理想化的均匀分布状态，由此获得的锂离子电池的首次放电容量和容量保持率均较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的含镍正极材料体系需要高温高压工艺嵌锂并且锂元素难以达到理想的均匀分布状态、从而导致所得锂离子电池的首次放电容量和容量保持率较低的缺陷，而提供一种仅需要常温常压即可实现良好嵌锂的含镍金属氧化物及其制备方法和应用，由此获得的嵌锂含镍金属氧化物对应的锂离子电池的首次放电容量和容量保持率均非常高。

本发明的发明人经过深入研究之后发现，在嵌锂之前，先将镍源于200～500℃这一特定的温度下进行预烧结，之后再将所得含镍前驱体与碱金属化合物、氧化剂和水以及任选的添加剂进行嵌锂反应，能够显著提高锂离子电池的首次放电容量和容量保持率。推测其原因，可能是由于：对于含镍的正极材料体系，导致锂元素难以分布均匀的根本原因在于镍酸锂的特殊结晶形态导致锂元素难以嵌入其晶格中，通常需要采用高温高压嵌锂工艺，并且即便是采用高温高压嵌锂工艺，锂元素也难以达到理想化的均匀分布状态，而是容易在活性颗粒上形成锂梯度差，即活性颗粒中锂元素浓度从外至内逐渐降低，由此获得的锂离子电池的首次放电容量和容量保持率均较低；对于含镍的正极材料体系，在嵌锂之前，先将镍源于200～500℃这一特定的温度下进行预烧结，能够使所得含镍前驱体由原来的结晶态转变为无定型态，在后续的嵌锂过程中更有利于锂元素的扩散，之后再将所得含镍前驱体与碱金属化合物、氧化剂和水以及任选的添加剂进行嵌锂反应，因镍与氧化剂的氧化还原电势差而形成无数微原电池，含镍前驱体的疏松态配以湿法氧化还原体系能够削弱锂的浓度梯度，实现均匀分布，并确保锂顺利嵌入金属氧化物的晶格中以获得结晶态的镍酸锂，由此提高锂离子电池的首次放电容量和容量保持率。基于此，完成了本发明。

具体地，本发明提供了一种嵌锂含镍金属氧化物的制备方法，该方法包括：

S1、将镍源在氧化性气氛中于200～500℃下预烧结2～10小时，得到含镍前驱体；