[发明专利]锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化方法及应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化方法，步骤如下：往锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体中通入氧化性气体，加热并反应20‑220min，得到预氧化处理前驱体；其中，所述氧化性气体为氯气、溴蒸气、臭氧或氧气，且当所述氧化性气体为氧气时，采用紫外光照射辅助氧气氧化。本发明还提供了利用上述预氧化方法制备得到的预氧化处理前驱体在制备锂离子电池用镍酸锂类正极材料中的应用。本发明以正极材料前驱体为基体，以氧化性气体进行预氧化处理，将前驱体中Ni²⁺氧化成Ni³⁺，降低烧结过程中锂镍离子的混排度，提高了材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化方法及应用。

背景技术

随着新能源气车的快速发展，其核心零部件-动力电池的能量密度、循环稳定性和安全性决定着电动气车的里程、使用寿命和安全。因此，对于动力电池的能量密度、循环稳定性和安全性提出了更高的要求。目前研究热点是提高电极材料的质量比容量，其中正极的质量比容量对电池整体能量密度影响巨大。镍酸锂(LiNiO₂)及其衍生正极材料(NCA：LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂和NCM：LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)兼具高比能、低价格和环保等优点，是目前动力电池最佳选择。

镍酸锂及其衍生物正极材料的性能约有60％受前驱体性能的影响，且在镍酸锂及其衍生物制备过程中，Ni很难完全由正二价氧化成正三价，Ni²⁺由于与Li⁺离子半径相近，迁移能力较强，很容易占据锂位发生Li⁺/Ni²⁺现象，抑制锂离子传输，严重降低了镍酸锂及其衍生物的储锂能力和循环性能。因此，很有必要对前驱体进行预氧化，使Ni由正二价氧化成正三价，避免上述现象的发生。

公开号为CN108511746A的中国专利公开了一种预氧化改性的高镍三元正极材料的制备方法，该专利将前驱体与硝酸盐和溶剂混合得到浆料，然后将浆料干燥并预烧结得到预氧化的前驱体，这种方法虽然能够降低高镍三元材料层状结构中的锂镍混排程度，提高高镍三元正极材料的首效、容量及循环性能，但是该方法因为用到了硝酸盐和溶剂，反应较为复杂，且还涉及到产物的后处理，硝酸盐处理后会有残留，此外，该方法中，Ni²⁺氧化成Ni³⁺所需温度较高。因此，很有必要开发出一种更为简单的氧化方法，以实现对锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化方法及应用，可对镍酸锂类正极材料前驱体进行高效预氧化，增加正极材料前驱体中Ni³⁺的含量，降低离子混排程度，进而得到高容量、高循环、高倍率的锂离子电池正极材料。

本发明的第一个目的是提供一种锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体的预氧化方法，其特征在于，步骤如下：

将锂离子电池用镍酸锂类正极材料前驱体置于反应器中，再往反应器中通入氧化性气体，然后加热反应，得到预氧化处理前驱体；

其中，所述氧化性气体为氯气、溴蒸气、臭氧或氧气，且当所述氧化性气体为氧气时，采用紫外光照射辅助氧气氧化，其中臭氧可以是空气或氧气经过放电或者紫外光等方法产生的。

所述反应器为气固反应器，可以为气固流化床反应器、固定床反应器、可通气体的固体搅拌器(滚筒式搅拌机等)和可通气体的粉末混合器(V型混合器、锥形混合器、螺旋混合器等)，且当采用紫外光照射辅助氧气氧化这一方式时，产生紫外光的设备如紫外灯管可以固定在反应器内顶端或侧壁上。