[发明专利]高镍三元材料及表面改性方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种高镍三元材料及表面改性方法和锂离子电池，该表面改性方法首先在水洗过程中引入阳离子Li⁺的可溶性盐作为第一添加剂，再引入TiOSO₄酸性溶液，所述第三添加剂为Al₂(SO₄)₃酸性溶液，所述第四添加剂为NaAlO₂碱性溶液，最后分离、干燥、煅烧，得到表面改性的高镍三元材料。通过该表面改性方法得到的高镍三元材料可有效降低高镍三元材料的表面残碱，提高结构稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高镍三元材料的表面改性方法、及通过该表面改性方法得到的高镍三元材料，和含有该高镍三元材料的锂离子电池。

背景技术

随着新能源汽车的发展，对新能源动力电池的需求和要求也越来越大，到2020年，新能源动力电池单体比能量要求达到300Wh/kg以上，力争实现350Wh/kg。但目前，磷酸铁锂电池单体的最高能量密度仅为200Wh/kg，与300Wh/kg的目标相差甚远。因此，三元材料电池担起攻坚重任，考虑到动力电池能量密度提升需求和全球钴价上涨的影响，其中少钴高镍三元材料电池成为重点。

随着镍含量的增加，镍钴锰三元正极材料表面残碱(LiOH和Li₂CO₃)含量也随之增加，这些残碱不仅会增加材料的pH值，使材料在匀浆过程中由于吸水很容易形成果冻状，降低正极材料的加工性能，还会在充放电循环过程中与电解液发生副反应，增加电池的不可逆容量损失，恶化循环性能，导致电池胀气，致使电池存在安全隐患。

目前，工业生产中通常采用水洗的方法解决高镍三元材料表面残碱含量过多的问题。虽然水洗工艺简单易行，且能够有效降低表面残碱，但高镍三元材料对水分敏感，较长时间接触会导致晶格中锂被洗出，使得材料表面晶体结构发生变化，而恶化材料的电化学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种高镍三元材料的表面改性方法，该表面改性方法通过在高镍三元材料水洗过程中引入Li⁺有效抑制材料基体中Li⁺的过度析出，稳定结构，同时添加TiO²⁺、Al³⁺和AlO₂^-发生双水解，于材料表面形成Al(OH)₃和Ti(OH)₄，再经高温烧结，生成成分均匀、厚度可控的Al₂O₃和TiO₂包覆层，有效降低高镍三元材料的表面残碱，提高结构稳定性，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种高镍三元材料的表面改性方法，包括以下步骤：

将第一添加剂和高镍三元材料一烧粉料加入去离子水中，搅拌均匀，得到第一浆料，所述第一添加剂为阳离子Li⁺的可溶性盐；

向所述第一浆料中同时滴加第二添加剂、第三添加剂和第四添加剂，滴加完成后，继续搅拌，得到第二浆料，所述第二添加剂为TiOSO₄酸性溶液，所述第三添加剂为Al₂(SO₄)₃酸性溶液，所述第四添加剂为NaAlO₂碱性溶液；

将所述第二浆料离心，动态旋转干燥后，煅烧，得到表面改性的高镍三元材料。

进一步的，所述高镍三元材料一烧粉料的化学式组成为LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂，其中，M为Mn、Al、Zr、Ti、Mg中的至少一种，x≥0.60，y≤0.20。

进一步的，所述可溶性盐选自硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、氯化盐中的至少一种；