高镍基四元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种高镍基四元正极材料及其制备方法，所述正极材料分子式为LiNix Coy Nz Mn(1‑x‑y‑z)O2，所述N为Al、Ti、Zr中至少一种，其中，80％＜x＜94％，5％

【技术实现步骤摘要】
高镍基四元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及到正极材料领域，特别是涉及到一种高镍基四元正极材料及其制备方法。
技术介绍
动力电芯能量密度的提升，是提升电动车续航里程关键技术瓶颈；然而，电芯中正极材料的能量密度，极大程度上决定了动力电芯的能量密度。目前，层状镍钴锰三元材料是目前动力电芯最主要的正极材料，提高三元材料中的镍含量，能有效提高三元材料克容量发挥。但是同时会带来表面碱性偏大、晶格表面氧稳定性较低等负面效果，最终导致其高温下产气较大，存储性能较差。目前，高镍改善产气的方式，主要在烧结过程中，添加微量(ppm级)添加剂，改善体相晶格稳定性。同时，利用烧结后水洗与包覆等后处理，提升界面稳定性。现有技术在原有材料中进行微调，主要针对材料表面进行优化，其保持时间较短，表面易被破坏；表面处理工艺相对更复杂，增加正极材料合成工序与合成成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种存储性能好，高温产气低的高镍基四元正极材料及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提出一种高镍基四元正极材料，正极材料分子式为LiNixCoyNzMn(1-x-y-z)O2，N为Al、Ti、Zr中至少一种，其中，80％＜x＜94％，5％<y<15％，1％≤z<5％，1-x-y-z≠0。本专利技术还提出一种高镍基四元正极材料的制备方法，包括，将前驱体原料加入到水中，并加入混合碱调节至指定pH，在室温下共沉定指定时间后，在惰性气氛下，经指定干燥工艺得到前驱体。将所述前驱体与预混物固相充分混合后，在第一烧结温度、第一烧结时间进行第一次烧结后，经指定加工工艺得到一次烧结产物。将所述一次烧结产物与添加剂混合后，在第二烧结温度、第二烧结时间进行二次烧结后，经指定后处理工艺得到所述高镍基四元正极材料。进一步地，所述前驱体包括镍盐、钴盐和锰盐，所述预混物包括Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物和锂盐；所述前驱体分子式为NixCoyMn(1-x-y-z)(OH)2。进一步地，所述前驱体原料包括镍盐、钴盐、锰盐和Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物，所述预混物包括锂盐，所述前驱体分子式为NixCoyNzMn(1-x-y-z)(OH)2。进一步地，所述镍盐包括硫酸镍或硝酸镍；所述钴盐包括硫酸钴或硝酸钴；所述锰盐包括硫酸锰或硝酸锰；所述锂盐包括碳酸锂或氢氧化锂；所述Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物包括氧化铝、氢氧化铝、氧化钛、氢氧化钛、氧化锆、氢氧化锆中一种或几种。进一步地，所述镍盐中的镍元素：钴盐中的钴元素：锰盐中的锰元素：Al、Ti、Zr中至少一种元素：锂盐中锂元素的物质的量比为x：y：(1-x-y-z)：z：(1～1.1)，其中，80％＜x＜94％，5％<y<15％，1％≤z<5％，1-x-y-z≠0。进一步地，所述指定PH包括10～11；所述指定时间包括8～12h；所述第一烧结温度包括700～800℃；所述第一烧结时间包括8～12h；所述第二烧结温度包括300～600℃；所述第二烧结时间包括6～8h。进一步地，所述混合碱包括氨水和NaOH水溶液；所述氨水浓度为0.5-5mol/L，所述NaOH水溶液浓度为3-5mol/L，所述氨水与NaOH水溶液的体积比为(5～20):1。进一步地，所述惰性气氛包括氮气气氛。进一步地，所述添加剂包括Al2O3、AlCl3、SrCl2、TiO2、MgO、CaO、SiO2、ZnO、Nb2O5、V2O5、B2O3中一种或几种。本专利技术高镍基四元正极材料及其制备方法与现有技术对比，有益效果在于在三元材料基体上，大量掺杂引入Al、Ti、Zr元素(1-5％，10000-50000ppm)，利用Al与Ti、Zr较强的同氧键和能力与电化学稳定性，稳定材料本身基体结构。同时，适当提高Ni含量与Co含量，保证克容量发挥。利用Ni、Co、Mn、N(N＝Al、Ti、Zr)四元基体中每个元素的特色，在保证能量密度的情况下，具有更低的高温产气量与更好的存储性能。附图说明图1本专利技术一实施例高镍基四元正极材料的制备方法的流程示意图；本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种高镍基四元正极材料，分子式为LiNixCoyNzMn(1-x-y-z)O2，N为Al、Ti、Zr中至少一种，其中，80％＜x＜94％，5％<y<15％，1％≤z<5％，1-x-y-z≠0。参照图1，本专利技术一实施例的高镍基四元正极材料的制备方法，包括，S1：将前驱体原料加入到水中，并加入混合碱调节至指定PH，在室温下共沉定指定时间后，在惰性气氛下，经指定干燥工艺得到前驱体。在本专利技术的一个实施例中，前驱体原料包括镍盐、钴盐、锰盐；所述前驱体分子式为NixCoyMn(1-x-y-z)(OH)2。在本专利技术的一个实施例中，前驱体原料包括镍盐、钴盐、锰盐和Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物；所述前驱体分子式为NixCoyNzMn(1-x-y-z)(OH)2。镍盐包括硫酸镍或硝酸镍，钴盐包括硫酸钴或硝酸钴，锰盐包括硫酸锰或硝酸锰，Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物包括氢氧化铝、氧化铝、氢氧化钛、氧化钛、氢氧化锆、氧化锆中一种或几种；镍盐中的镍元素：钴盐中的钴元素：锰盐中的锰元素：Al、Ti、Zr中至少一种元素的物质的量比为x：y：(1-x-y-z)：z；混合碱包括氨水和NaOH水溶液，氨水浓度包括0.5mol/L至5mol/L，NaOH水溶液浓度包括3mol/L至5mol/L，氨水与NaOH水溶液的体积比为(5～20):1；指定PH包括10～11；指定时间包括8～12h；惰性气氛包括氮气气氛；指定干燥工艺包括：干燥时间为4至6h，干燥温度为100℃至120℃。本步骤通过共沉淀，使得前驱体原料细化和前驱体原料各组分的比例较为恒定，同时本步骤工艺简单、制备条件易于控制、合成周期短。干燥时通氮气为了防止前驱体中的主材金属氧化，最终影响正极材料的性能。S2：将所述前驱体与预混物固相充分混合后，在第一烧结温度、第一烧结时间进行第一次烧结后，经指定加工工艺得到一次烧结产物。在本专利技术的一个实施例中，预混物包括Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物和锂盐。在本专利技术的一个实施例中，预混物包括锂盐。Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物包括氢氧化铝、氧化铝、氢氧化钛、氧化钛、氢氧化锆、氧化锆中一种或几种，锂盐包括碳酸锂或氢氧化锂，Al、Ti、Zr中至少一种元素：锂盐中锂元素的物质的量比为z：(1～1.1)；第一烧结温度包括700～800℃；第一烧结时间包括8～12h；所述加工工艺包括在破碎机进行粉碎与在电磁铁振动筛进行筛分。本步骤通过高温烧结，使固体颗粒相互键联，晶粒长大，气孔和晶界减少，密度增加，增强电化学性能；同时，高温烧结使得材料中的金属杂质氧化，再经过粉碎和筛分去除杂质，提高正极材料的安全性。S3：将所述一次烧结产物与添加剂混合后，在第二烧结温度、第二烧结时间进行二次烧结后，经指定后处理工艺得到所述高镍基四元正极材料。在上述步骤中，添加剂包括Al2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍基四元正极材料，其特征在于，所述正极材料分子式为LiNixCoyNzMn(1‑x‑y‑z)O2，所述N为Al、Ti、Zr中至少一种，其中，80％＜x＜94％，5％

【技术特征摘要】
1.一种高镍基四元正极材料，其特征在于，所述正极材料分子式为LiNixCoyNzMn(1-x-y-z)O2，所述N为Al、Ti、Zr中至少一种，其中，80％＜x＜94％，5％<y<15％，1％≤z<5％，1-x-y-z≠0。2.一种权利要求1所述高镍基四元正极材料的制备方法，其特征在于，包括，将前驱体原料加入到水中，并加入混合碱调节至指定PH，在室温下共沉定指定时间后，在惰性气氛下，经指定干燥工艺得到前驱体；将所述前驱体与预混物固相充分混合后，在第一烧结温度、第一烧结时间进行第一次烧结后，经指定加工工艺得到一次烧结产物；将所述一次烧结产物与添加剂混合后，在第二烧结温度、第二烧结时间进行二次烧结后，经指定后处理工艺得到所述高镍基四元正极材料。3.根据权利要求2所述高镍基四元正极材料的制备方法，其特征在于,所述前驱体包括镍盐、钴盐和锰盐，所述预混物包括Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物和锂盐；所述前驱体分子式为NixCoyMn(1-x-y-z)(OH)2。4.根据权利要求2所述高镍基四元正极材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体原料包括镍盐、钴盐、锰盐和Al、Ti、Zr中至少一种元素的化合物，所述预混物包括锂盐，所述前驱体分子式为NixCoyNzMn(1-x-y-z)(OH)2。5.根据权利要求3或4所述高镍基四元正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍盐包括硫酸镍或硝酸镍；所述钴盐包括硫酸钴或硝酸钴；所述锰盐包括硫酸锰或硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鲲，张耀，陈巍，
申请(专利权)人：欣旺达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44