一种单晶形貌高镍三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单晶形貌高镍三元正极材料及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐、沉淀剂与络合剂混合，加热反应，得到前驱体；(2)将所述前驱体、锂化合物与掺杂金属化合物混合，在氧气气氛中烧结，得到基材；(3)将所述基材与洗涤剂混合，搅拌，离心并干燥，然后与包覆剂均匀混合，得到包覆产物；(4)将所述包覆产物进行烧结，得到单晶形貌高镍三元正极材料。本发明专利技术制备得到的高镍正极材料具有类似单晶的形貌，压实密度高，能量密度高，残留碱量低，加工性能好；同时，掺杂元素的引入，使由本发明专利技术高镍正极材料制备的锂离子电池具有较高的循环性能，包覆层也提高了材料的循环和安全性能。

A monocrystalline high nickel three electrode cathode material and its preparation method

The invention discloses a single crystal morphology high nickel three element positive electrode material and the preparation method. The preparation method comprises the following steps: (1) mixing the soluble nickel salt, soluble cobalt salt, soluble manganese salt, precipitant and complexing agent, heating reaction, and obtaining the precursor; (2) the precursors, lithium compounds and doping metallization are made. The compound is mixed and sintered in the oxygen atmosphere to get the substrate; (3) the substrate is mixed with the detergent, stirred, centrifuged and dried, and then mixed evenly with the coating agent to get the coating product; (4) the coated product is sintered to obtain the high nickel three yuan cathode material of the single crystal. The high nickel cathode material prepared by the invention has the similar single crystal morphology, high compaction density, high energy density, low residual alkali amount and good processing performance. At the same time, the introduction of doping elements makes the lithium ion battery prepared by the invention of the high nickel cathode material has high cyclic performance, and the coating also improves the material based on the coating layer. Ring and safety performance.

【技术实现步骤摘要】
一种单晶形貌高镍三元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及正极材料
，具体涉及一种单晶形貌高镍三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有的高比容量、环境友好、无记忆效应等优势，正促使其广泛应用于人们的日常生话中，成为便携式电力的来源，且电池的能量密度也在不断提高。由于钴酸锂LiCoO2的比容量较三元材料(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2等)低，导致电池的能量密度无法做高，因此，越来越多的电芯厂家开始逐渐使用三元材料，据统计，LiCoO2的出货量已有较大程度地下降。目前三元材料的发展方向偏向于高电压或高镍三元材料，其中，高镍三元材料的比容量较高，3.0V～4.3V的电压范围下，0.1C放电比容量可达200mAh/g以上，并且，日韩企业正加紧布局高镍三元材料。但是，高镍三元材料仍具有以下缺点：(1)压实密度仍偏低，限制了能量密度的进一步提高；(2)残余的总碱量较高，导致对电芯制备过程要求严格，高温存储性能欠佳。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服
技术介绍
的技术缺陷，提供一种单晶形貌高镍三元正极材料及其制备方法。本专利技术制备得到的高镍正极材料具有类似单晶的形貌，压实密度高，能量密度高，残留碱量低，加工性能好；同时，掺杂元素的引入，使由本专利技术单晶形貌高镍正极材料制备的锂离子电池具有较高的循环性能，包覆层也提高了材料的循环和安全性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术手段为：一种单晶形貌高镍三元正极材料，其特征在于，所述单晶形貌高镍正极材料包括：基材，所述基材为式I所示的化合物：LinNi1-x-yCoxMnyMzO2式I；式I中，0.95≤n≤1.15，0.00＜x≤0.30，0.00＜y≤0.10，0≤z≤0.05，所述M为Mg、Zr、Al、Ti、Sr、Nb、Y、F、La中的任意一种或多种；所述基材的表面包覆有包覆层；所述包覆层包括包覆元素，所述包覆元素为Al、Ba、Zn、Ti、W、Y、Si、Sn、B中的任意一种或多种；所述高镍三元正极材料为单晶形貌。优选地，所述单晶形貌高镍三元正极材料的D50为2～8μm。优选地，所述包覆层中包覆元素与所述单晶形貌高镍正极材料中Ni/Co/Mn总和的摩尔比为A；0.00＜A≤0.05。优选地，所述M为掺杂金属化合物中的金属元素，所述掺杂金属化合物为Mg化合物、Zr化合物、Al化合物、Ti化合物、Sr化合物、Nb化合物、Y化合物、F化合物、La化合物中的任意一种或多种。优选地，所述M的摩尔数与前驱体中镍元素、钴元素和锰元素总摩尔数的比值为z，0≤z≤0.05。一种单晶形貌高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐与去离子水混合，得到溶液A；将沉淀剂与去离子水混合，得到溶液B；将络合剂与去离子水混合，得到溶液C；将所述溶液A、溶液B与溶液C通过并流的形式，同时通入到反应釜中混合，加热，进行共沉淀反应，反应完成后，经陈化、洗涤、烘干，得到前驱体，即Ni1-x-yCoxMny(OH)2；所述可溶性镍盐中镍离子、可溶性钴盐中钴离子与可溶性锰盐中锰离子的摩尔比为(1-x-y)∶x∶y，0.00＜x≤0.30；0.00＜y≤0.10；(2)将步骤(1)所述前驱体、锂化合物与掺杂金属化合物混合，在氧气气氛中烧结，经冷却、粉碎后得到基材；所述基材为式I所示的化合物：LinNi1-x-yCoxMnyMzO2式I；式I中，0.95≤n≤1.15，0.00＜x≤0.30，0.00＜y≤0.10，0≤z≤0.05，所述M为Mg、Zr、Al、Ti、Sr、Nb、Y、F、La中的任意一种或多种；(3)将步骤(2)所述基材与洗涤剂混合，搅拌，离心并干燥，将干燥后的基材与包覆剂均匀混合，得到包覆产物；所述包覆剂包括包覆元素，所述包覆元素为Al、Ba、Zn、Ti、W、Y、Si、Sn、B中的任意一种或多种；(4)将步骤(3)所述包覆产物在氧气气氛中进行烧结，经冷却，过筛，得到单晶形貌高镍三元正极材料。优选地，所述步骤(1)中，所述可溶性镍盐为硫酸镍、碳酸镍、硝酸镍中的任意一种或多种。优选地，所述步骤(1)中，所述可溶性钴盐为硫酸钴、碳酸钴与硝酸钴中的任意一种或多种。优选地，所述步骤(1)中，所述可溶性锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的任意一种或多种。优选地，所述步骤(1)中，所述沉淀剂为氢氧化钾和/或氢氧化钠。优选地，所述步骤(1)中，所述络合剂为为氨水、乙二胺四乙酸二钠、磺基水杨酸、甘氨酸中的任意一种或多种。优选地，所述步骤(1)中，所述溶液A中金属离子的浓度为1.5～4.0mol/L。优选地，所述步骤(1)中，所述溶液B的浓度优选为6～10mol/L，更优选为7～9mol/L，再优选为8mol/L。优选地，所述步骤(1)中，所述溶液C的浓度为120～140mol/L。优选地，所述步骤(1)中，所述溶液A的流速为20～80ml/min。优选地，所述步骤(1)中，所述溶液B的流速为5～50ml/min。优选地，所述步骤(1)中，所述溶液C的流速为5～30ml/min。优选地，所述步骤(1)中，所述混合时反应液的pH值为10.0～13.0，更优选为11.5～13.0，最优选为11.5～12.5。优选地，所述步骤(1)中，所述共沉淀反应的温度为40～60℃，更优选为50～60℃。优选地，所述步骤(1)中，所述共沉淀反应的时间为10～25h。优选地，所述步骤(1)中，所述共沉淀反应过程中反应液的pH值为10.0～13.0，更优选为11.0～13.0，再优选为11.5～13.0，最优选为11.5～12.5。优选地，所述步骤(1)中，所述前驱体的D50为2～8μm，更优选为2～6μm。优选地，所述步骤(2)中，所述锂化合物为碳酸锂、氢氧化锂、过氧化锂、醋酸锂、硫酸锂、硝酸锂、氯化锂中的任意一种或多种。优选地，所述步骤(2)中，所述M为掺杂金属化合物中的金属元素，所述掺杂金属化合物为Mg化合物、Zr化合物、Al化合物、Ti化合物、Sr化合物、Nb化合物、Y化合物、F化合物、La化合物中的任意一种或多种。优选地，所述步骤(2)中，所述M的摩尔数与前驱体中镍元素、钴元素和锰元素总摩尔数的比值为z，0≤z≤0.05。优选地，所述步骤(2)中，所述烧结的温度为700～900℃，更优选为700～850℃，再优选为740～850℃，最优选为800～850℃。优选地，所述步骤(2)中，所述烧结的时间为10～20h，更优选为12～20h，再优选为12～18h，最优选为12～15h。优选地，所述步骤(3)中，所述洗涤剂为水、乙醇、丙醇、丙酮中的任意一种或多种。优选地，所述步骤(3)中，所述包覆剂为本领域技术人员熟知的包括包覆元素的化合物即可，并无特殊的限制，更优选为包括包覆元素的铵盐、包括包覆元素的硝酸盐与包括包覆元素的碳酸盐中的一种或多种。优选地，所述步骤(3)中，所述包覆元素的摩尔数为前驱体中镍元素、钴元素与锰元素总摩尔比A；0.00＜A≤0.05。优选地，所述步骤(4)中，所述烧结温度为300～800℃，更优选为300～700℃，再优选为350～650℃，进一步优选为350～600℃，最优选为350～550℃。优选地，所述步骤(4)中，所述烧结时间为10～20h本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶形貌高镍三元正极材料，其特征在于，所述单晶形貌高镍正极材料包括：基材，所述基材为式I所示的化合物：LinNi1‑x‑yCoxMnyMzO2  式I；式I中，0.95≤n≤1.15，0.00＜x≤0.30，0.00＜y≤0.10，0≤z≤0.05，所述M为Mg、Zr、Al、Ti、Sr、Nb、Y、F、La中的任意一种或多种；所述基材的表面包覆有包覆层；所述包覆层包括包覆元素，所述包覆元素为Al、Ba、Zn、Ti、W、Y、Si、Sn、B中的任意一种或多种；所述高镍三元正极材料为单晶形貌。

【技术特征摘要】
1.一种单晶形貌高镍三元正极材料，其特征在于，所述单晶形貌高镍正极材料包括：基材，所述基材为式I所示的化合物：LinNi1-x-yCoxMnyMzO2式I；式I中，0.95≤n≤1.15，0.00＜x≤0.30，0.00＜y≤0.10，0≤z≤0.05，所述M为Mg、Zr、Al、Ti、Sr、Nb、Y、F、La中的任意一种或多种；所述基材的表面包覆有包覆层；所述包覆层包括包覆元素，所述包覆元素为Al、Ba、Zn、Ti、W、Y、Si、Sn、B中的任意一种或多种；所述高镍三元正极材料为单晶形貌。2.如权利要求1所述的一种单晶形貌高镍三元正极材料，其特征在于，所述高镍正极材料的D50为2～8μm。3.如权利要求1所述的一种单晶形貌高镍三元正极材料，其特征在于，所述包覆层中包覆元素与所述单晶形貌高镍正极材料中Ni/Co/Mn总和的摩尔比为A；0.00＜A≤0.05。4.一种单晶形貌高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐与去离子水混合，得到溶液A；将沉淀剂与去离子水混合，得到溶液B；将络合剂与去离子水混合，得到溶液C；将所述溶液A、溶液B与溶液C通过并流的形式，同时通入到反应釜中混合，加热，进行共沉淀反应，反应完成后，经陈化、洗涤、烘干，得到前驱体，即Ni1-x-yCoxMny(OH)2；所述可溶性镍盐中镍离子、可溶性钴盐中钴离子与可溶性锰盐中锰离子的摩尔比为(1-x-y)∶x∶y，0.00＜x≤0.30；0.00＜y≤0.10；(2)将步骤(1)所述前驱体、锂化合物与掺杂金属化合物混合，在氧气气氛中烧结，经冷却、粉碎后得到基材；所述基材为式I所示的化合物：LinNi1-x-yCoxMnyMzO2式I；式I中，0.95≤n≤1.15，0.00＜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李扬，袁徐俊，佘圣贤，黄连友，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33