[发明专利]一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用，属于锂离子电池材料领域。本发明所述制备方法以静电纺丝法制备包含二氧化硅模板的聚合物包覆纳米前驱体，经过空气烧结后可有效为后续镀镍提供有效内嵌及附着位点；在镀镍后再去除二氧化硅模板，使前驱体上原位生成分布介孔，所述介孔在后续熔融锂穿透前驱体材料内部提供通道，最终制备的材料相比于传统颗粒材料具有更好的离子、电子传导结构。本发明还公开了所述方法制备的材料，该材料具有均匀的分散形貌，可有效降低电化学反应过程中电极的极化现象，使材料的充放电容量更高，循环稳定性和倍率性能更好。本发明还公开了包含所述高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的锂离子电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用。

背景技术

新能源汽车尤其是电动汽车因其节能环保的优点，现已被广泛推广并有望在本世纪以前全面代替传统燃油汽车。电动汽车的发展关键在于电池，而在汽车动力电池中，锂离子电池因安全性好、比容量高、充放电循环寿命长等优势被认为是最有前途的动力电池之一，而锂离子电池性能的关键性因素则在于其正极材料的选择中。

目前常用的锂离子正极材料主要包括钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂等，其中镍钴锰酸锂作为单一掺杂阴离子材料的改进型三元材料，可有效弥补镍酸锂、锰酸锂和钴酸锂的不足，具有优异的电化学性能，且放电平台平稳，工作电压宽，安全性能好。然而，现有常用镍钴锰酸锂制备方法中，诸如固相法或共沉淀法等，由于前驱原料粉末多使用球磨或研磨混合，各组分很难达到充分混合，分散性及均匀性不高，制备的最终产品也面临粒度分布不均，存在团聚现象及纯度较低的缺陷，同时制备流程耗时较长，效率较低。

相关技术公开了一种掺杂包覆型高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法，该方法以镍钴锰氢氧化物为原料，经预处理后采用化学镀镍及掺杂元素制备前驱体粉料，随后与熔融金属锂混合高温反应制备最终材料，所得产品可实现渐变式镍含量梯度包覆的结构，增加材料寿命；熔融金属锂可深入前驱体内部反应，实现材料的内外锂含量相等，避免掺杂不均。然而该制备方法只能实现化学镀镍层与前驱体含镍粉末两者的镍分布梯度，由于粉末在镀镍时不可避免的产生团聚现象，无法做到真正从里到外的渐变式分布；而金属锂由于前驱体核体本身无介孔空间，同样无法真正穿透前驱体内部。此外，所得材料属于一维颗粒形貌材料，这类材料的离子、电子传导效率低，影响最终产品的电化学稳定性，材料性能还存在提高空间。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法，该方法通过模板法结合静电纺丝法制备介孔型前驱体，随后以化学镀镍和熔融金属锂结合分步去除模板的前驱体材料，最终制备镍元素由内至外渐变式分布结构的镍钴锰酸锂材料。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍源、钴源、锰源溶于溶剂中，随后加入酸、有机碳源和二氧化硅胶体溶液并混合均匀，得前驱体分散液A；所述有机碳源占总体前驱体分散液质量的12～16％；所述二氧化硅胶体溶液占总体前驱体分散液质量的30～60％；所述前驱体分散液A中镍、钴、锰元素的摩尔比为55：x：(45-x)，其中x＜45；所述镍元素在前驱体分散液A中的浓度为1～1.2mol/L；

(2)将步骤(1)所得前驱体分散液A通过静电纺丝法制备纳米膜，经干燥、加热及保温处理后，得前驱体B；

(3)将步骤(2)所得前驱体B加入到镀镍液中，进行化学镀，然后密度梯度离心分离，取上层固体经清洁处理后，得前驱体C；所述镀镍液包括镍盐、络合剂和还原剂；所述镍盐的质量浓度为30～50g/L；