[发明专利]一种氧化硅纳米片复合三元锂电池正极材料的制备方法

说明书

本发明提出一种氧化硅纳米片复合三元锂电池正极材料的制备方法，所述制备方法是将硅锂合金（Li₁₃Si₄）粉末加入无水乙醇和异丙醇中配制成硅锂合金分散液，然后在冰水浴中缓慢搅拌反应获得纳米硅片分散液，接着与醋酸镍、醋酸钴、醋酸锰和去离子水混合搅拌，再调节pH值，旋转蒸发溶剂后获得硅纳米片/NCM前驱体浆料，最在富氧气条件下烧结而制得锂电池正极材料。本发明提供的方法通过硅锂合金脱锂形成硅纳米片后负载NCM形成均匀层状结构，氧化作为骨架支撑正极颗粒，可以抑制在循环和烧结过程中层状结构向尖晶石结构转变，显著提高了正极材料的结构稳定性，制备工序简单可控，具有工业化生产潜力。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料的技术领域，特别是涉及一种氧化硅纳米片复合三元锂电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是近年来最为优异的环保移动能源。由于具有高能量、长寿命、低消耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车等领域。自其诞生以来，便给能源领域带来了革命性的变化。锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例，因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。

随着人们生活水平的提高，更高的用户体验对锂离子电池提出了更高的要求：更加快速的充放电、更广阔的温度范围内使用等。为了解决上述问题必须寻找新的性能更加优异的电极材料。目前锂离子电池常用的正极材料中，主要包括磷酸铁锂、锰酸锂、三元正极材料等，磷酸铁锂和锰酸锂更安全，能量密度相对较低，被广泛应用在新能源客车和专用车领域，而三元正极材料能量密度更高，比容量高，循环性能好，热稳定性好，具有广阔的应用前景。

在锂离子电池工业化推广中，对电池容量、安全性、综合成本的要求较高，正极材料成为主要瓶颈。锂系过渡金属氧化物LiMO₂（M=Co，Mn，Ni）是正极材料的典型代表，其独特的层状结构大大降低了Li离子的扩散阻力，有利于充放电倍率的提高。现有的NCM三元正极材料则是结合了Ni、Co、Mn三者的优势，利用镍的高能量密度、钴的高倍率特性和锰的高安全性能的有机组合，形成的NCM三元正极材料，目前商用的主要有NCM111和NCM523，此外还有更高能量密度的NCM622和NCM811，然而在循环过程中，三元正极材料结构存在不稳定的问题，影响锂电池的循环性能。

中国发明专利申请号201810796089.5公开了一种表层和体相掺杂Mo元素的NCM三元正极材料及其制备方法，以所述材料以总体质量为100%计，表层和体相掺杂Mo元素的质量分数为0.5-2%，其余为NCM三元正极材料；所述方法为：向镍钴锰氢氧化物前驱体、钼酸铵和LiOH·H2O的混合物加入乙醇研磨混合均匀，得到磨干后的材料；将磨干后的材料进行煅烧，首先在500-550℃下预煅烧300-400min，然后在700-750℃下煅烧800-900min后得到。中国发明专利申请号201810121551.1公开了一种动力锂电池专用高镍三元电极材料及制备方法。通过将预制铝镁层状双金属氧化物，然后将镍钴锰锂乙酸盐加水混合均匀加入，并加入石墨烯、硫酸钠，真空焙烧，然后利用激光烧结使镍钴锰固定在镁层状双金属氧化物的骨架和层间，得到高镍三元复合正极材料。然而在循环过程中，上述三元正极材料还是存在不可逆的向尖晶石结构转变，导致其循环容量变差，同时加工方法较为复杂，不适宜于工业化生产。

为了有效解决锂电池三元正极材料稳定性差而影响循环性能的问题，有必要提出一种新型复合型锂电池三元正极材料，进而促进了三元正极材料的发展和应用。

发明内容

针对目前锂电池三元正极材料结构不稳定的问题，以及现有的改性工艺存在复杂而效果较差的缺陷，本发明提出一种氧化硅纳米片复合三元锂电池正极材料的制备方法，从而提高了锂电池正极材料的稳定性，而且工艺简单，具有工业化生产潜力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：