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与碱溶液共沉淀反应5~25h；S2、往溶液A中匀速泵入溶液B，并在泵入溶液B的同时将整体与碱溶液继续进行共沉淀反应，终止后干燥得到前驱体；S3、将前驱体与锂盐混合，烧结后得到锂电池正极材料；溶液A中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2x）：x：x，0＜x≤0.25；溶液B中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2y）：y：y，0.25≤y＜0.5。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与碱溶液共沉淀反应5~25h；S2、往溶液A中匀速泵入溶液B，并在泵入溶液B的同时将整体与碱溶液继续进行共沉淀反应，终止后干燥得到前驱体；S3、将前驱体与锂盐混合，烧结后得到锂电池正极材料；溶液A中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2x）：x：x，0＜x≤0.25；溶液B中Ni、Co、Mn的摩尔比=（1-2y）：y：y，0.25≤y＜0.5。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、LiNi02、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。Sunyangkook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、 先将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应； 52、 待步骤Sl进行5~25h后，往溶液A中匀速泵入溶液B，并在泵入溶液B的同时将混 合溶液整体与碱溶液等速泵入反应容器中，继续进行共沉淀反应，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Ni、Co、Mn的摩尔比=(l_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=(1-27):7:7，其中0.25彡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；所述锂电池正极材料具有内核-梯度外壳两层结构，所述梯度外壳中由内 至外镍含量逐渐降低，锰钴含量逐渐升高。 本专利技术提供的锂电池正极材料的制备方法，通过两步共沉淀法制备前驱体，其中 第一步共沉淀过程形成该正极材料的内核，其为高镍低钴锰材料；然后第二步共沉淀过程 中通过控制反应体系中镍钴锰的浓度，形成三种元素的浓度呈梯度分布的梯度外壳，该梯 度外壳从内至外镍浓度逐渐降低、钴和锰浓度逐渐升高，且该梯度外壳与内核之间不存在 明显分界，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，也不会锂 离子的脱出和嵌入，使得采用该正极材料的锂电池同时具有高容量、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Sl的剖面SEM图。 图3是实施例1中制备得到的共沉淀前驱体Sl从内至外镍钴锰的元素含量分布 图。 图4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，1--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--第一泵，7--第二泵，8--第三泵。 【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、 先将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应； 52、 待步骤Sl进行5~25h后，往溶液A中匀速泵入溶液B，并在泵入溶液B的同时将混 合溶液整体与碱溶液等速泵入反应容器中，继续进行共沉淀反应，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Ni、Co、Mn的摩尔比=(l_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=(1-27):7:7，其中0.25彡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Sunyangkook制备的具备核壳结构的镍钴猛三元材料，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，则是通过两步共沉淀法制备前驱体，具体地，先直接将高镍低钴锰盐 与碱溶液进行第一步共沉淀，形成该正极材料的内核，其为高镍低钴锰材料。然后在第二步 共沉淀过程中，控制反应体系中镍钴锰的浓度，在高镍内核表面形成梯度外壳，该梯度外壳 中镍、钴、锰三种元素的浓度呈梯度分布，即该梯度外壳从内至外镍浓度逐渐降低、钴和锰 浓度逐渐升高；且由于梯度外壳与内核在共沉淀时采用的溶液A相同，因此中间过渡层与 内核之间不存在明显分界，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，采用该正极材料的锂电池同时具有高 容量、高循环性能、高电化学性能以及低成本的优点。 同时，本专利技术中，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=(l-2x):x:x，其中0 <X彡0. 25 ;即溶液A为高镍低锰钴 溶液。步骤Sl中，直接将溶液A与碱溶液共沉淀，形成高镍低锰钴材料。本步骤Sl中，共 沉淀反应的时间为5~25h，即通过溶液A(其为高镍低锰钴溶液）先与碱溶液共沉淀一段时 间，形成高镍低锰钴内核结构。优选情况下，步骤Sl中，共沉淀反应的时间为l(Tl5h。通过 控制共沉淀反应的时间，实际则是为了控制内核的尺寸，如前所述共沉淀反应时间，得到的 内核的平均粒径为1~1〇微米，优选为4~8微米。 作为本专利技术的一种优选实施方式，X=O. 1，即溶液A中Ni、Co、Mn的摩尔比=8 :1 :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、先将溶液A与碱溶液等速泵入反应容器中，进行共沉淀反应；S2、待步骤S1进行5~25h后，往溶液A中匀速泵入溶液B，并在泵入溶液B的同时将混合溶液整体与碱溶液等速泵入反应容器中，继续进行共沉淀反应，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：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44