三元正极材料前驱体、合成方法以及锂离子电池技术

本发明专利技术公开了三元正极材料前驱体、合成方法以及锂离子电池。所述前驱体组成化学式为Ni

Three element positive material precursor, synthesis method, and lithium ion battery

The invention discloses a precursor of three yuan positive electrode material, a synthesis method and a lithium ion battery. The precursor forms a chemical formula of Ni

【技术实现步骤摘要】
三元正极材料前驱体、合成方法以及锂离子电池
本专利技术涉及到锂离子电池正极材料领域，特别是涉及到三元正极材料前驱体、合成方法以及锂离子电池。
技术介绍
随着新能源技术的发展，锂离子电池逐渐渗透到生活的各个领域，在日常生活中发挥着越来越重要的作用，锂离子在动力汽车领域的应用潮流更是高涨。科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案》，方案中明确要求轿车动力电池能量密度要达到200Wh/kg。镍钴锰三元正极材料因其能量密度高而受到格外关注，为满足三元正极材料在电动轿车上的应用，对三元正极材料的功率特性和稳定性提出了更高的要求。现有技术CN201610387492.3通过在三元材料表面进行碳包覆来提高其倍率性，但单纯的碳包覆只能提高电子在三元正极材料表面的交换速度，并不能提高锂离子从材料表面迁移至内部的速度。现有技术CN201610077022.7通过先合成大单晶微晶，然后调控其团聚程度得到晶簇状三元前驱体，以此来提高三元正极材料高功率应用时的稳定性，但这种密实团聚的晶簇不利于材料内部锂离子的快速扩散，影响三元正极材料高功率性能的发挥。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供三元正极材料前驱体及其合成方法，旨在解决由现有前驱体制备的三元正极材料功率性能不高的问题。本专利技术提供了一种三元正极材料前驱体，组成化学式为NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2，其中0.33＜X＜0.51，0.2＜Y＜0.33，0＜Z＜0.02，Me为二价金属与四价金属的混合体，所述前驱体NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2的形貌为薄片状堆积球形颗粒，前驱体晶体沿001晶面生长为薄片状，X衍射峰101与001的强度比＞0.3。所述三元材料前驱体掺杂体Me中二价金属与四价金属的摩尔比＜0.3。所述三元材料前驱体掺杂体Me中二价金属为Ca和Mg，Ca与Mg摩尔比例为0.2-1。所述三元材料前驱体掺杂体Me中四价金属为Zr或Ti中的一种。本专利技术还提供了一种三元正极材料前驱体的合成方法，前驱体组成化学式为NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2，其中，0.33＜X＜0.51，0.2＜Y＜0.33，0＜Z＜0.02，Me为二价金属与四价金属的混合体，所述前驱体NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2的形貌为薄片状堆积球形颗粒，前驱体晶体沿001晶面生长为薄片状，X衍射峰101与001的强度比＞0.3，包括：步骤S1反应溶液配制：将可溶性锰盐、镍盐、钴盐、镁盐以及锆盐或钛盐加入去离子水按照目标前驱体的化学计量比配成混合盐溶液，过滤后标识为M1溶液；将NaOH加去离子水配成溶液，过滤后标识为M2溶液；稀释氨水配成溶液，过滤后标识为M3溶液；步骤S2反应釜a中制备晶种：先将M1、M2、M3溶液并流加入晶种生成反应釜a中，控制反应条件、控制晶种在反应釜a中的停留时间，以合成目标粒度的晶种；步骤S3反应釜b中制备晶体：溢流出的晶种与M1、M2、M3溶液同时并流加入至晶体制备反应釜b中，控制制备晶体反应条件，并通过控制反应釜b中的固含量，使晶体生长至目标粒度；步骤S4反应釜c中的陈化、洗涤晶体：晶体生长至目标粒度后停止进料，并一次排出至陈化、洗涤反应釜c中进行陈化与洗涤。控制陈化条件，完成陈化后，在特定条件下采用一定浓度的NaOH溶液洗涤，然后排出至离心机中，去离子水洗涤至一定PH范围时停止；步骤S5烘干晶体：控制水含量<5％。所述M1混合盐的浓度为90-110g/L；所述M2溶液的浓度为230-250g/L；M3溶液的浓度为70-90g/L。所述的制备晶种反应条件为O2<120ppm，反应温度为20-40℃，PH＝10-13，氨水含量为15-35g/L，搅拌桨线速度为10-30m/s；所述的晶种的目标粒度D50<3um；所述反应釜a中的固含量为40-90g/L，并使制备的晶种溢流离开反应釜a进入晶体制备反应釜b。所述的制备晶体反应条件为O2<120ppm，反应温度为50-70℃，PH＝9-12，氨水含量为5-20g/L，搅拌桨线速度为5-15m/s；所述的反应釜b中的固含量为90-160g/L。所述晶体制备反应釜b中带有滤出装置，反应中通过滤出装置不断排出反应釜体中溶解有硫酸钠的滤液。所述的陈化条件为温度为40-70℃，PH＝9-12，氨水含量为5-20g/L，搅拌桨线速度为0m/s，时间为6-15h。所述的洗涤条件为洗涤温度控制40-70℃，搅拌桨线速度为5-10m/s，洗涤固含量200-600g/L，洗涤时间30-150min，洗涤后的滤液至PH＝6-10停止，所述的洗涤液NaOH的浓度为30-50g/L。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液。所述负极片由石墨、导电剂、粘结剂按照一定质量比例混合涂覆在铜箔上而成；所述隔膜为Celgard2400，所述电解液为1mol/L的LiPF6/EC-EMC-DMC(体积比为1:1:1)；所述的正极片由三元正极材料、导电剂、粘结剂按照一定质量比例混合涂覆在铝箔上而成，所述的三元正极材料由前驱体NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2制备而成，其中，0.33＜X＜0.51，0.2＜Y＜0.33，0＜Z＜0.02，Me为二价金属与四价金属的混合体，控制前驱体晶体生长择优取向，使前驱体晶体沿001晶面生长为薄片状的堆积球形形貌，X衍射峰101与001的强度比＞0.3。所述的锂离子电池负极片中石墨、导电剂、粘结剂的质量比例为92-96:1-3:2-5。所述的锂离子电池正极极片中三元正极材料、导电剂、粘结剂的质量比例为92-95:2-5:2-6。本专利技术的有益效果：本专利技术的三元正极材料前驱体，通过控制前驱体晶体生长择优取向，形成薄片状堆积球形颗粒，在具有高稳定球形结构的同时，暴露更易使锂离子扩散的晶面，提高了三元正极材料的锂离子迁移速度，降低迁移阻抗，功率特性凸显优异，能量密度也大幅提升。同时薄片状堆积结构更有利于降低三元正极材料的S含量，进一步增强晶体稳定性，使得由本专利技术的前驱体合成的三元正极材料循环寿命更好。附图说明图1本专利技术一实施例中的薄片状堆积球形三元正极材料前驱体颗粒SEM图；图2本专利技术一实施例中的薄片状堆积球形三元正极材料前驱体颗粒合成工艺流程图。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。具体实施方式本专利技术提供了三元正极材料及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的一实施例中，提供了一种三元正极材料前驱体，组成化学式为NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2，其中0.33＜X＜0.51，0.2＜Y＜0.33，0＜Z＜0.02，Me为二价金属与四价金属的混合体，所述前驱体NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2的形貌为薄片状堆积球形颗粒，前驱体晶体沿001晶面生长为薄片状，X衍射峰101与001的强度比＞0.3。在本专利技术的一实施例中，上述三元材料前驱体掺杂体Me中二价金属与四价金属的摩尔比可以＜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三元正极材料前驱体，其特征在于，组成化学式为Ni

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料前驱体，其特征在于，组成化学式为NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2，其中，0.33＜X＜0.51，0.2＜Y＜0.33，0＜Z＜0.02，Me为二价金属与四价金属的混合体，所述前驱体NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2的形貌为薄片状堆积球形颗粒，前驱体晶体沿001晶面生长为薄片状，X衍射峰101与001的强度比＞0.3。2.根据权利要求1所述的三元正极材料前驱体，其特征在于，所述三元材料前驱体掺杂体Me中二价金属与四价金属的摩尔比＜0.3。3.根据权利要求1所述的三元正极材料前驱体，其特征在于，所述三元材料前驱体掺杂体Me中二价金属为Ca和Mg，Ca与Mg摩尔比例为0.2-1。4.根据权利要求1所述的三元正极材料前驱体，其特征在于，所述三元材料前驱体掺杂体Me中四价金属为Zr或Ti中的一种。5.一种三元正极材料前驱体合成工艺，其特征在于，三元正极材料前驱体组成化学式为NixCoyMn1-x-y-zMez(OH)2，其中，0.33＜X＜0.51，0.2＜Y＜0.33，0＜Z＜0.02，Me为二价金属与四价金属的混合体，三元正极材料前驱体为薄片状堆积球形形貌，前驱体晶体沿001晶面生长为薄片状，X衍射峰101与001的强度比＞0.3；合成工艺包括：反应溶液配制：将可溶性锰盐、镍盐、钴盐、镁盐以及锆盐或钛盐加入去离子水按照目标前驱体的化学计量比配成混合盐溶液，过滤后标识为M1溶液；将NaOH加去离子水配成溶液，过滤后标识为M2溶液；稀释氨水配成溶液，过滤后标识为M3溶液；反应釜a中制备晶种：先将M1、M2、M3溶液并流加入晶种生成反应釜a中，控制反应条件、控制晶种在反应釜a中的停留时间，以合成目标粒度的晶种；反应釜b中制备晶体：溢流出的晶种与M1、M2、M3溶液同时并流加入至晶体制备反应釜b中，控制制备晶体反应条件，并通过控制反应釜b中的固含量，使晶体生长至目标粒度；反应釜c中的陈化、洗涤晶体：晶体生长至目标粒度后停止进料，并一次排出至陈化、洗涤反应釜c中进行陈化与洗涤；控制陈化条件，完成陈化后，在特定条件下采用一定浓度的NaOH溶液洗涤，然后排出至离心机中，去离子水洗涤至一定PH范围时停止；烘干晶体：控制水含量<5％。6.根据权利要求5所述的三元正极材料前驱体Nix...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振豪，张耀，
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