[发明专利]一种高容量、高倍率LiNi0.6

说明书

本发明涉及三元正极材料制备技术领域，具体是一种高容量、高倍率LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：S1.取镍盐、钴盐、锰盐、有机物和聚乙烯吡咯烷酮于溶剂中反应，反应结束后，充分干燥处理得到黑色粉末；S2.将所述黑色粉末与氢氧化锂混合均匀，烧结，得到所述LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂。本发明利用络合燃烧法，使用柠檬酸等有机物作为络合剂，加入PVP以辅助调控晶体形貌，严格控制高温煅烧条件，从而制备出了疏松多孔的前驱体，以及性能优异的NCM622材料。材料在正常充放电电压范围(2.8‑4.3V)内，表现出优异的高放电容量、高倍率和良好循环性能。

技术领域

本发明涉及三元正极材料制备技术领域，具体是一种高容量、高倍率LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，三元正极材料由于其高放电比容量，高工作电压以及较长的使用寿命的优点， 而广泛应用于便携式电子设备，混合动力汽车及电动汽车等领域。但电动汽车由于受到成本、 里程比与充电时间的限制，仍不能很好的满足客户需求。目前对更长里程、快速充电的追求， 以及对电池的高安全要求已经成了锂离子电池的发展新方向。而在三元正极材料中， LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)材料兼顾了LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)的高稳定性以及 接近LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)的高放电比容量，已经成为目前三元正极材料的主流产 品之一。但是针对目前市场用户的高容量及高倍率充电的需求，NCM622材料仍然面临如何 提高其容量性能，如何提高其高倍率性能的问题。众所周知，锂离子电池充放电过程，是通 过Li⁺在正负极、电解液以及隔膜之间来回穿插，和外电路电荷的转移来实现的。因此高倍率 性能的NCM622主要是依赖Li⁺在电池中的快速脱嵌，和电荷的快速转移；而高容量则更多 的依靠NCM622中可进行脱嵌的Li⁺数量。目前许多研究者通过采取掺杂、包覆、提高工作 电压以及单晶制备等手段来提高NCM622材料的放电比容量与倍率性能。近年来，出现多种 手段联合使用的趋势，如Yao等(Yao L,Liang F,Jin J,et al.Improvedelectrochemical property of Ni-rich LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ cathode via in-situ ZrO₂coating for high energy density lithium ion batteries[J].Chemical EngineeringJournal.2020,389:124403.)人使用商业NCM622二次颗粒 通过两步煅烧得到NCM622，在提高工作电压(2.8-4.5V)的条件下，得到了197mAh.g^-1(0.1C) 的放电比容量，10C下的放电比容量还为81.8mAh.g^-1。再通过包覆ZrO₂涂层，10C下的放电 比容量课提高到112.7mAh.g^-1。Wang等(Wang R,Li Z,Yang Z,et al.Synergistic effect of Ce⁴⁺ modification on theelectrochemical performance of LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ cathode materials at highcut-off voltage[J].Ceramics International.2021,47(1):1268-1276.)通过溶胶凝胶法合成 NCM622前驱体，在800℃下煅烧12h得到NCM622样品，在提高工作电压(2.7-4.5V)的条 件下，得到了188.2mAh.g^-1(0.1C)的放电比容量。5C下的放电比容量为91.9mAh.g^-1。再通 过Ce⁴⁺掺杂，放电容量提高到了114.9mAh.g^-1(5C)。多种手段的联合使用确实可以在一定程 度上提高了NCM622材料容量性能和高倍率性能。但是提高工作电压、表面包覆及元素掺杂 都是电极材料的改性处理，属于外因，不可避免的会造成成本增加、某些性能的下降。若是 能通过严格控制电极材料制备，使获得的电极材料本体(内因)就能得到高容量和高倍率性 能，如果进一步用上面的后续处理方法，势必会得到更加优秀的电极材料。