一种锂电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂电池正极材料及其制备方法，包括以下步骤：S1、将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应；S2、在步骤S1进行的同时，往溶液A中匀速泵入溶液B，反应终止后干燥得到前驱体；S3、将前驱体与锂盐混合并烧结；溶液A中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2x）：x：x，0＜x≤0.25；所述溶液B中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2y）：y：y，0.25≤y＜0.5；且溶液A和溶液B不同；碱溶液为含有沉淀剂和络合剂的水溶液；沉淀剂选自水溶性氢氧化物中的一种或多种，络合剂为氨水。本发明专利技术提供的锂电池正极材料同时具有高容量、高热稳定性、高循环性能、高电化学性能以及低成本的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，包括以下步骤：S1、将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应；S2、在步骤S1进行的同时，往溶液A中匀速泵入溶液B，反应终止后干燥得到前驱体；S3、将前驱体与锂盐混合并烧结；溶液A中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2x）：x：x，0＜x≤0.25；所述溶液B中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2y）：y：y，0.25≤y＜0.5；且溶液A和溶液B不同；碱溶液为含有沉淀剂和络合剂的水溶液；沉淀剂选自水溶性氢氧化物中的一种或多种，络合剂为氨水。本专利技术提供的锂电池正极材料同时具有高容量、高热稳定性、高循环性能、高电化学性能以及低成本的优点。【专利说明】
本专利技术属于锂离子二次电池领域，尤其涉及。
技术介绍
由于LiCo02、LiNiO2, LiMnO2在结构和性能上具有很强的互补性，开发二元或三元的复合正极材料，提高材料的电化学性能成为研究的主要方向。将Co和Mn同时引入到LiNiO2的层状结构之中形成的LiNimCoxMnyO2三元过渡金属复合氧化物表现出了较LiCoO2更加优异的电化学性能，被认为是最有可能替代LiCoO2的正极材料。镍钴锰三元材料中的高镍材料因为表层存在高价的四价镍元素，会因其电解液的分解，从来导致较差的热稳定性，因而无法应用。Sun yangkook制备了一种具备核壳结构的镍钴锰三元材料，此材料在最外层的两个微米内存在元素浓度梯度，其中Ni逐渐减少，而Mn和Co逐渐增大。但该核壳结构的三元材料在烧结之后，材料的内核和外部梯度表层之间会产生明显界限，导致在烧结和循环过程中会因为内部和外部结构膨胀系数的不同而出现核壳之间的分离和破裂，破坏材料结构，难以达到较好的循环性能和热稳定性能。另外，此界限也会限制锂离子的扩散，降低材料的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中镍钴锰三元材料内部存在明显界限、难以达到较好的循环性能、热稳定性能和电化学性能的技术问题。 本专利技术提供了一种锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤: 51、将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应；52、在步骤SI进行的同时，往溶液A中匀速泵入溶液B，反应终止后干燥得到前驱体； 53、将步骤S2得到的前驱体与锂盐混合，烧结后得到所述锂电池正极材料； 所述溶液A为含有水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐的混合溶液，其中N1、Co、Mn的摩尔比=(l_2x):x:x,其中 O < X < 0.25 ; 所述溶液B为含有水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐的混合溶液，其中N1、Co、Mn的摩尔比=(1-27):7:7，其中0.25≤7<0.5;且溶液六和溶液8不同； 所述碱溶液为含有沉淀剂和络合剂的水溶液；所述沉淀剂选自水溶性氢氧化物中的一种或多种，络合剂为氨水。本专利技术还提供了一种锂电池正极材料，所述锂电池正极材料由本专利技术提供的制备方法制备得到。本专利技术提供的锂电池正极材料的制备方法，先通过共沉淀法制备前驱体，在共沉淀过程中通过控制反应体系中镍钴锰的浓度，使得最终得到的前驱体中三种元素的浓度呈全梯度分布，不存在明显分界，一方面可有效避免其后续烧结制备正极材料时核壳分离或破裂的情况发生，另一方面也不会锂离子的脱出和嵌入；同时，本专利技术中，通过对共沉淀体系的盐溶液进行优选，使得得到的前驱体中从内至外，镍浓度降低，钴和锰浓度升高，使得本专利技术提供的锂电池正极材料同时具有高容量、高热稳定性、高循环性能、高电化学性能以及低成本的优点。【专利附图】【附图说明】图1是实施例1中制备前驱体的反应装置的结构示意图。图2是实施例1中制备得到的共沉淀前驱体SI烧结后的SEM图。图3是实施例1制备得到的锂电池正极材料SlO的XRD测试图。图中，I—第一容器，2—第二容器，3—第三容器，4—反应容器，5—产物收集容器，6——泵。【具体实施方式】本专利技术提供了一种锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤: 51、将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应； 52、在步骤SI进行的同时，往溶液A中匀速泵入溶液B，反应终止后干燥得到前驱体； 53、将步骤S2得到的前驱体与锂盐混合，烧结后得到所述锂电池正极材料； 所述溶液A为含有水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐的混合溶液，其中N1、Co、Mn的摩尔比=(l_2x):x:x,其中 O < X ≤0.25 ; 所述溶液B为含有水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐的混合溶液，其中N1、Co、Mn的摩尔比=(1-27):7:7，其中0.25≤7<0.5;且溶液六和溶液8不同； 所述碱溶液为含有沉淀剂和络合剂的水溶液；所述沉淀剂选自水溶性氢氧化物中的一种或多种，络合剂为氨水。现有技术中Sun yangkook制备的具备核壳结构的镍钴猛三元材料,其仅在表面壳层内镍钴锰元素浓度呈梯度变化，导致该材料的内核与外壳之间存在明显的界限，因此在烧结和循环过程中会因为内部和外部结构膨胀系数的不同而出现裂痕，从而破坏材料结构，从而难以达到较好的循环性能和热稳定性能。另外，此界限也会限制锂离子的扩散，从而降低材料的电化学性能。而本专利技术中，正是通过共沉淀法制备前驱体，在共沉淀过程中通过控制反应体系中镍钴锰的浓度，使得最终得到的前驱体中三种元素的浓度呈全梯度分布，即从材料内部至表面，镍钴锰三种元素的浓度全部呈梯度分布，不存在明显分界，一方面可有效避免其后续烧结制备正极材料时核壳分离或破裂的情况发生，另一方面也不会锂离子的脱出和嵌入。同时，本专利技术中，通过对共沉淀体系的盐溶液进行优选,其中溶液A中N1、Co、Mn的摩尔比=(l_2x):x:x,其中 O < X ≤ 0.25,溶液 B 中 N1、Co、Mn 的摩尔比=(l-2y):y:y,其中0.25 ≤ y < 0.5，即溶液A为高镍溶液，而溶液B为高锰溶液，反应过程中，溶液B逐渐加入至溶液A中，及高锰溶液逐渐加入高镍溶液中，使得体系中镍元素浓度逐渐降低，而锰和钴元素浓度逐渐升高，从而共沉淀过程中从内至外镍元素浓度降低，钴和锰元素浓度升高，而内部的镍元素含量高，可以获得较高的容量；外部含量较高的钴能提供较好的层状结构，内部含量较低的钴能减少材料的成本；外部含量较高的锰元素较高，能提供良好的热稳定性能，因此使得采用本专利技术提供的制备方法制备得到的锂电池正极材料能同时具有高容量和安全性能。优选情况下，本专利技术中，溶液A以其所含有的N1、Co、Mn的总摩尔量计算，溶液B以其所含有的N1、Co、Mn的总摩尔量计算，溶液A与溶液B的摩尔比=1:5~5:1。溶液A中N1、Co、Mn的总摩尔浓度为0.5~3.0moI/L0溶液B中N1、Co、Mn的总摩尔浓度为0.5~3.0mol/L0溶液A和溶液B中N1、Co、Mn的总摩尔浓度Ml与沉淀剂的摩尔浓度M2的比值Ml:M2=l:3~3:1，其中沉淀剂的摩尔浓度M2以0!计。优选情况下，Ml:Μ2=1:1。溶液A和溶液B中N1、Co、Mn的总摩尔浓度Ml与络合剂的摩尔浓度M3的比值Ml:M3=l:0.25~1:3，其中络合剂的摩尔浓度M3以順3计。优选情况下，Ml:M3=1:0.5。本专利技术中，所述水溶性镍盐可采用现有技术中常见的镍的水溶盐，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应；S2、在步骤S1进行的同时，往溶液A中匀速泵入溶液B，反应终止后干燥得到前驱体；S3、将步骤S2得到的前驱体与锂盐混合，烧结后得到所述锂电池正极材料；所述溶液A为含有水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐的混合溶液，其中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1‑2x）：x：x，其中0＜x≤0.25；所述溶液B为含有水溶性镍盐、水溶性锰盐和水溶性钴盐的混合溶液，其中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1‑2y）：y：y，其中0.25≤y＜0.5；且溶液A和溶液B不同；所述碱溶液为含有沉淀剂和络合剂的水溶液；所述沉淀剂选自水溶性氢氧化物中的一种或多种，络合剂为氨水。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡栋杰，李世彩，
申请(专利权)人：惠州比亚迪电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44