镍钴锰前驱体、镍钴锰三元材料的制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术提出了一种镍钴锰前驱体、镍钴锰三元材料的制备方法及锂离子电池，从高镍三元材料前驱体的制备开始着手，采用有机高分子聚合物颗粒作为造孔剂以及其在锂化烧结中碳化后的物质作为还原剂，制备了二次颗粒中存在内空隙，一次颗粒包含过渡金属离子梯度层的高镍三元正极材料。开发出一种全新的方法来制备出含过渡金属离子梯度层的多孔的高镍三元正极材料，该方案简单可行，易于大规模工业化；以含过渡金属离子梯度层的多孔的高镍三元材料作为正极材料的锂离子电池的克容量、循环稳定性和结构稳定性都有了显著的提升。

【技术实现步骤摘要】
镍钴锰前驱体、镍钴锰三元材料的制备方法及锂离子电池
本专利技术涉及到锂离子电池领域，特别是涉及到一种镍钴锰前驱体、镍钴锰三元材料的制备方法及锂离子电池。
技术介绍
近些年，在国家政策的大力支持下，新能源汽车发展飞速，高容量的动力锂离子电池逐渐成为研究热点。高镍三元正极材料凭借高达200mAh/g的放电比容量,成为理想的正极材料之一。但是由于镍含量高，使热稳定性、循环稳定性和存储性能较差，极大的限制了其在动力锂离子电池上的应用。常用的解决方法如体相掺杂、表面包覆等对高镍三元正极材料的电化学性能改善效果十分有限。与此同时，在高镍三元锂离子电池充放电过程中，锂离子不断脱嵌的循环，一次颗粒遭受着连续不断的各向异性体积变化。这就造成晶界间出现微裂隙，大大降低了离子和电子的迁移能力，导致电池容量迅速衰减。近些年，学界发现通过制备过渡金属离子梯度型的含内空隙的高镍三元材料作为正极材料可以较好的解决上述问题。但现有的关于含有内空隙的过渡金属离子梯度型高镍三元正极材料的制备方法的工艺过于繁杂，且成本较高，难以实现工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种镍钴锰前驱体、镍钴锰三元材料的制备方法及锂离子电池，开发出一种简单可行的方法制备出含过渡金属离子梯度层的多孔的三元正极材料，以进一步提高其电化学性能。本专利技术提出一种镍钴锰前驱体的制备方法，包括：在惰性气体氛围下，将镍盐、钴盐、锰盐与去离子水配成溶液A，控制溶液A中镍、钴、锰三种元素总的摩尔浓度为第一指定浓度；往溶液A中加入有机高分子聚合物以及分散剂，充分搅拌混合均匀得到溶液B，控制有机高分子聚合物以及分散剂在溶液B中的质量分数分别为第一指定质量分数和第二指定质量分数；将溶液B、第二指定浓度的碱性溶液与第三指定浓度的络合剂同时滴加到连续搅拌的反应釜中，在第一指定温度下按照指定pH值反应第一指定时间之后再陈化第二指定时间，得到共沉淀溶液C；将共沉淀溶液C进行抽滤并洗涤，在第二指定温度下进行恒温干燥第三指定时间，获得含有有机高分子聚合物的镍钴锰前驱体。进一步地，第一指定浓度包括：溶液A中的镍、钴、锰三种元素总的摩尔浓度包括0.5-5mol/L。进一步地，第一指定质量分数包括0.1％-10％；第二指定质量分数包括0.01％-5％。进一步地，第二指定浓度包括0.5-4.5mol/L；第三指定浓度包括0.1-1.0mol/L。进一步地，第一指定温度包括：40-80℃；指定pH值包括8-12；第一指定时间包括6-24h；第二指定时间包括8-15h。进一步地，第二指定温度包括101-130℃；第三指定时间包括4-24h。本专利技术还提出了一种镍钴锰三元材料的制备方法，包括：将上述中任意一项制备方法制备的镍钴锰前驱体与锂盐进行均匀混合，控制镍钴锰前驱体与锂盐中的锂元素的摩尔比为指定比例，得到混合物D；将混合物D转移到高温反应炉中，在纯氧气氛围下按照指定烧结工艺进行烧结锂化处理，得到镍钴锰三元材料。进一步地，指定比例包括：锂元素与镍钴锰前驱体的摩尔比为1:1.005-1:1.1。进一步地，指定烧结工艺包括：升温速率包括0.5-10℃/min，烧结温度包括710-900℃，烧结时间包括8-24h。本专利技术还提出了一种锂离子电池，包括正极、负极和锂离子电池电解液，正极为涂覆了上述中任一项的镍钴锰三元材料的铝箔极片。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：本专利技术提出了一种镍钴锰前驱体、镍钴锰三元材料的制备方法及锂离子电池，从高镍三元材料前驱体的制备开始着手，采用有机高分子聚合物颗粒作为造孔剂以及其在锂化烧结中碳化后的物质作为还原剂，制备了二次颗粒中存在内空隙，一次颗粒包含过渡金属离子梯度层的高镍三元正极材料。开发出一种全新的方法来制备出含过渡金属离子梯度层的多孔的高镍三元正极材料，该方案简单可行，易于大规模工业化；以含过渡金属离子梯度层的多孔的高镍三元材料作为正极材料的锂离子电池的克容量、循环稳定性和结构稳定性都有了显著的提升。附图说明图1为本专利技术镍钴锰前驱体的制备方法一实施例的步骤示意图；图2为本专利技术镍钴锰三元材料的制备方法一实施例的步骤示意图。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。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。参照图1，本专利技术一实施例提出一种镍钴锰前驱体的制备方法，包括：S1：在惰性气体氛围下，将镍盐、钴盐、锰盐与去离子水配成溶液A，控制溶液A中镍、钴、锰三种元素总的摩尔浓度为第一指定浓度；在本实施例中，在惰性气体范围下反应是为了排除反应体系中的氧气，防止过渡金属离子被氧化。第一指定浓度包括：溶液A中的镍、钴、锰三种元素总的摩尔浓度包括0.5-5mol/L。其中镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍或乙酸镍其中的一种，钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴或乙酸钴其中的一种，锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰或乙酸锰其中的一种。S2：往溶液A中加入有机高分子聚合物以及分散剂，充分搅拌混合均匀得到溶液B，控制有机高分子聚合物以及分散剂在溶液B中的质量分数分别为第一指定质量分数和第二指定质量分数；在本实施例中，第一指定质量分数包括0.1％-10％；第二指定质量分数包括0.01％-5％。有机高分子聚合物包括聚苯乙烯(PS)、聚苯乙烯-丙烯腈共聚物(PSAN)、聚对苯二甲酸酯(PTP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETP)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸二烯丙酯(PDAP)、聚间苯二甲酸二烯丙酯(PDAIP)、聚对苯二甲酸环己烷对二甲醇酯(PCT)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚苯并咪唑(PBI)其中的一种或多种。优选地，有机高分子聚合物为有机高分子聚合物球形颗粒，有机高分子聚合物球形颗粒的直径为50-1000nm。分散剂为有机表面活性剂，包括十六烷基三甲基溴化氨，硬脂酸聚氧乙烯酯，烷基二苯醚二磺酸钠，烷基二苯醚二磺酸二钠，十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种，加入分散剂的目的是使有机高分子聚合物颗粒能均匀的分散在溶液B中，如果不加分散剂的话有机高分子聚合物颗粒在溶液B中会很难分散，后续制备的前驱体氢氧化物很难沉积在颗粒表面将其包裹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰前驱体的制备方法，其特征在于，包括：在惰性气体氛围下，将镍盐、钴盐、锰盐与去离子水配成溶液A，控制所述溶液A中镍、钴、锰三种元素总的摩尔浓度为第一指定浓度；往溶液A中加入有机高分子聚合物以及分散剂，充分搅拌混合均匀得到溶液B，控制所述有机高分子聚合物以及所述分散剂在所述溶液B中的质量分数分别为第一指定质量分数和第二指定质量分数；将溶液B、第二指定浓度的碱性溶液与第三指定浓度的络合剂同时滴加到连续搅拌的反应釜中，在第一指定温度下按照指定pH值反应第一指定时间之后再陈化第二指定时间，得到共沉淀溶液C；将共沉淀溶液C进行抽滤并洗涤，在第二指定温度下进行恒温干燥第三指定时间，获得含有所述有机高分子聚合物的镍钴锰前驱体。

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰前驱体的制备方法，其特征在于，包括：在惰性气体氛围下，将镍盐、钴盐、锰盐与去离子水配成溶液A，控制所述溶液A中镍、钴、锰三种元素总的摩尔浓度为第一指定浓度；往溶液A中加入有机高分子聚合物以及分散剂，充分搅拌混合均匀得到溶液B，控制所述有机高分子聚合物以及所述分散剂在所述溶液B中的质量分数分别为第一指定质量分数和第二指定质量分数；将溶液B、第二指定浓度的碱性溶液与第三指定浓度的络合剂同时滴加到连续搅拌的反应釜中，在第一指定温度下按照指定pH值反应第一指定时间之后再陈化第二指定时间，得到共沉淀溶液C；将共沉淀溶液C进行抽滤并洗涤，在第二指定温度下进行恒温干燥第三指定时间，获得含有所述有机高分子聚合物的镍钴锰前驱体。2.根据权利要求1所述的镍钴锰前驱体的制备方法，其特征在于，所述第一指定浓度包括0.5-5mol/L。3.根据权利要求1所述的镍钴锰前驱体的制备方法，其特征在于，所述第一指定质量分数包括0.1％-10％；所述第二指定质量分数包括0.01％-5％。4.根据权利要求1所述的镍钴锰前驱体的制备方法，其特征在于，所述第二指定浓度包括0.5-4.5mol/L；所述第三指定浓度包括0.1-1.0mol/L。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭辉，张耀，李鲲，
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