[发明专利]一种锂离子电池用高镍三元正极活性物质前驱体的预氧化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为锂离子电池正极材料使用的高镍活性物质前驱体生成后的特别预氧化方法，属于新能源材料制备技术领域。

背景技术

在锂离子电池中，高镍系的LiNi_xM_1-xO₂(x≥0.6)正极活性物质材料被认为是能够取代LiCoO₂的第二代绿色锂离子电池正极活性物质材料。如比较有代表性的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂（NCA）和NCM系（主金属元素由Ni、Co和Mn组成的三元材料）产品如典型的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂作为LiNiO₂、LiCoO₂和LiAlO₂三种材料的类质同像固溶体，同时具备了LiNiO₂高容量、LiCoO₂良好循环性能、高电导率和LiAlO₂良好的热稳定性好、LiMn₂O₄低成本高安全性等优点。

但LiNi_xM_1-xO₂(x≥0.6)正极活性物质材料仍然存在容量衰减快的问题，其主要原因是依然存在着阳离子混排致使循环性能降低的现象，即在该材料中残留的Ni²⁺势必要取代Ni³⁺的位置，使得阳离子电荷降低，为了保持电荷平衡，相应地，部分Ni²⁺要占据Li⁺的位置，由于Ni半径小于Li半径且在脱锂过程中被氧化为半径更小的导致层间局部结构塌陷，使得Li⁺很难再嵌入塌陷的位置，因此造成材料的容量损失，循环性能下降。为了解决高镍正极材料这一阳离子混排或循环性能问题，近年来，人们采取不同的方法制备了LiNi_xM_1-xO₂(x≥0.6)正极材料。有共沉淀合成法、熔融盐法、溶胶一凝胶法、喷雾热分解法等，这些方法合成的高镍正极材料的电化学性能并不好，要么放电比容量偏低，要么循环性能不好。

直接从高镍材料合成工艺上来看面临的问题是：LiNi_xM_1-xO₂(x≥0.6)正极活性物质材料中的Ni²⁺即使是在高温流动的纯氧气气氛下也难以完全氧化成Ni³⁺，从而恶化材料的循环性能，同时纯氧气气氛下的工况条件对烧结设备的影响也较大，容易对炉料和加热元件产生高温氧化腐蚀，同时采用纯氧发生装置也增加了工艺的运行成本，本发明从工业应用角度出发，在高镍前驱体共沉淀合成完成后，用氧化剂进行羟基氧化处理，叫做三元正极活性物质前驱体的预氧化方法，形成的羟基氧化镍钴锰存在着热力学上的不稳定性，掺锂后在富氧气氛中进行高温煅烧时会自发进行析氧反应，强化了烧结过程的氧化效果，利用这一特性来制备高性能的高镍LiNi_xM_1-xO₂(x≥0.6)正极材料，可以不需要纯氧气氛（O₂≥95%）或加压，简化和柔和了高温烧结工艺过程和工艺条件及对装备的苛刻要求。

发明内容

本发明能够解决上述技术问题，所采用的技术方案是三元正极活性物质前驱体的预氧化方法，包括以下步骤：

1、将经过共沉淀结晶和过滤加工后得到的高镍多元氢氧化物前驱体NixM1-x(OH)2(x≥0.6，M可为Co、Mn、Al等)，置入到反应器中，加入H₂O₂水溶液按照液固比2：1进行搅拌和预氧化，然后过滤掉水份。