CN113839025B - 一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法，该方法包括：将高镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入‑196℃的液氮中进行深冷研磨；通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素；将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，烧结后得到锂离子电池高镍三元正极材料。本方法可以获得颗粒尺寸更加均匀的高镍三元正极材料前驱体和锂源，且可以增强正极材料的耐腐蚀能力；可抑制微裂纹的产生，制得的锂离子电池高镍三元正极材料具有更高的比容量和循环性能。

Description

一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法。
背景技术
锂离子电池作为一种高效的能量存储装置，被广泛应用于电子产品、新能源汽车等领域。目前，研究较多的锂离子电池正极材料有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂三元材料、镍钴铝酸锂三元材料等。其中，磷酸铁锂具有高安全性、长循环寿命等优势，但是克容量低、电导率低，限制了在新能源汽车领域的应用。随之，镍钴锰酸锂三元正极材料因其具有较高的能量密度、以及相对较低的价格等优点，已经成为动力电池的首选。
在镍钴锰酸锂三元正极材料中，高镍三元正极材料具备更高的能量密度。但是因为组成二次球颗粒的一次颗粒在空间取向上呈无序性，导致在充放电过程中二次颗粒内部晶界处存在各向异性的应力应变，引发高镍三元正极材料二次颗粒内部产生微裂纹，造成材料容量衰减。在实际应用中，高镍三元正极材料的容量衰减问题限制了将其大规模商用化。
发明内容
本发明旨在提供一种锂离子电池高镍三元正极材料及其改性方法，主要是解决高镍三元正极材料二次颗粒内部易产生微裂纹的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池高镍三元正极材料的改性方法包括：
将高镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨；
通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素；
将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，烧结后得到锂离子电池高镍三元正极材料。
优选地，所述钇元素来自于单质钇或氧化钇。
优选地，钇的注入剂量为3×1014ions/cm2-8×1015ions/cm2。
优选地，所述高镍三元正极材料前驱体包含镍盐、钴盐和锰盐，且镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为8:1:1。
优选地，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂和硝酸锂中的一种或两种。
优选地，所述高镍三元正极材料前驱体中镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:(1-1.04)。
优选地，烧结过程为：先在400-500℃煅烧3-5h，再升温到680-800℃煅烧12-14h。
为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池高镍三元正极材料，采用如上述所述的方法制备获得。
与现有技术相比较，本发明至少具备以下有益效果：
(1)通过将高镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨，可以获得颗粒尺寸更加均匀的高镍三元正极材料前驱体和锂源，且可以增强正极材料的耐腐蚀能力；
(2)通过离子注入法向高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，可以抑制微裂纹的产生，同时不会对高镍三元正极材料前驱体本身的结构产生影响；
(3)本发明制备的锂离子电池高镍三元正极材料具有更高的比容量和循环性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例来验证本发明的技术效果，但是本发明的实施方式不局限于此。
实施例1
按照Ni:Co:Mn＝8:1:1的摩尔比，镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:1.02，将镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨；
通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，钇的注入剂量为4.5×1014ions/cm2；
将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，先在480℃煅烧4h，再升温到720℃煅烧13h，得到锂离子电池高镍三元正极材料。
实施例2
按照Ni:Co:Mn＝8:1:1的摩尔比，镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:1.02，将镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨；
通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，钇的注入剂量为9×1014ions/cm2；
将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，先在480℃煅烧4h，再升温到720℃煅烧13h，得到锂离子电池高镍三元正极材料。
实施例3
按照Ni:Co:Mn＝8:1:1的摩尔比，镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:1.02，将镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨；
通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，钇的注入剂量为5×1015ions/cm2；
将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，先在480℃煅烧4h，再升温到720℃煅烧13h，得到锂离子电池高镍三元正极材料。
实施例4
按照Ni:Co:Mn＝8:1:1的摩尔比，镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:1.02，将镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨；
通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，钇的注入剂量为6.8×1015ions/cm2；
将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，先在480℃煅烧4h，再升温到720℃煅烧13h，得到锂离子电池高镍三元正极材料。
对比例1
按照Ni:Co:Mn＝8:1:1的摩尔比，镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:1.02，将镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨；
通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，钇的注入剂量为2.5×1014ions/cm2；
将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，先在480℃煅烧4h，再升温到720℃煅烧13h，得到锂离子电池高镍三元正极材料。
对比例2
按照Ni:Co:Mn＝8:1:1的摩尔比，镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:1.02，将镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨；
通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，钇的注入剂量为8.7×1015ions/cm2；
将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，先在480℃煅烧4h，再升温到720℃煅烧13h，得到锂离子电池高镍三元正极材料。
将实施例1-4以及对比例1-2的实验样品组装成纽扣电池，进行恒流充放电测试，具体实验数据如表1所示，其中空白组为未进行深冷研磨和离子注入钇元素的锂离子电池高镍三元正极材料。
表1各实验样品的电化学测试结果
Figure BDA0003277356090000041
Figure BDA0003277356090000051
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池高镍三元正极材料的改性方法，其特征在于，所述改性方法包括：
将高镍三元正极材料前驱体和锂源分别放入-196℃的液氮中进行深冷研磨，其中，所述高镍三元正极材料前驱体包含镍盐、钴盐和锰盐，且镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为8:1:1，所述高镍三元正极材料前驱体中镍、钴和锰离子之和与锂源中锂离子的摩尔比为1:1.02；
通过离子注入法向研磨后的高镍三元正极材料前驱体颗粒表面掺入钇元素，钇的注入剂量为5×1015ions/cm2；
将掺钇后的镍三元正极材料前驱体颗粒和研磨后的锂源混合均匀，烧结后得到锂离子电池高镍三元正极材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钇元素来自于单质钇或氧化钇。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂和硝酸锂中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，烧结过程为：先在400-500℃煅烧3-5h，再升温到680-800℃煅烧12-14h。
5.一种锂离子电池高镍三元正极材料，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的方法制备获得。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115259240B (zh) * 2022-06-30 2024-04-23 蜂巢能源科技股份有限公司 无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池
CN116435582B (zh) * 2023-04-24 2024-03-12 湖南添越能源科技有限公司 一种可瞬间高能大倍率放电的锂离子电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102368554A (zh) * 2011-11-04 2012-03-07 北京桑德环保集团有限公司 一种采用离子注入机掺杂钇的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法
CN108232147A (zh) * 2017-12-28 2018-06-29 合肥国轩高科动力能源有限公司 表面包覆钇酸锂的锂离子电池高镍三元正极材料及其制备方法
CN110518209A (zh) * 2019-08-27 2019-11-29 广东风华新能源股份有限公司 正极材料制备方法及制备的正极材料

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103384931B (zh) * 2010-12-23 2016-03-30 野猫技术开发公司 具有改良性能的锂离子蓄电池材料
CN102916196A (zh) * 2012-10-30 2013-02-06 桑德环境资源股份有限公司 采用离子注入机掺杂钪的锰酸锂电池正极材料的制备方法
WO2015183568A1 (en) * 2014-05-27 2015-12-03 Dow Global Technologies Llc Improved lithium metal oxide cathode materials and method to make them
CN112993239A (zh) * 2019-12-17 2021-06-18 天津国安盟固利新材料科技股份有限公司 一种耐高压低钴三元正极材料及其制备方法
CN112652748B (zh) * 2020-12-22 2022-03-22 北京理工大学重庆创新中心 一种自补锂型单晶镍钴锰复合三元正极材料及其制备方法
CN113422033A (zh) * 2021-07-15 2021-09-21 大连理工大学 一种钇离子掺杂氧化钇包覆改性的富锂锰基正极材料、制备方法及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102368554A (zh) * 2011-11-04 2012-03-07 北京桑德环保集团有限公司 一种采用离子注入机掺杂钇的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法
CN108232147A (zh) * 2017-12-28 2018-06-29 合肥国轩高科动力能源有限公司 表面包覆钇酸锂的锂离子电池高镍三元正极材料及其制备方法
CN110518209A (zh) * 2019-08-27 2019-11-29 广东风华新能源股份有限公司 正极材料制备方法及制备的正极材料

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