镍钴锰三元正极材料及其制备方法和应用、锂离子电池、电动汽车技术

本发明专利技术提供了一种镍钴锰三元正极材料及其制备方法和应用、锂离子电池、电动汽车，属于镍钴锰三元正极材料技术领域。本发明专利技术提供了一种镍钴锰三元正极材料，镍钴锰三元正极材料为核壳结构，核层为中空结构的Li2MnO3，壳层材料为镍钴锰三元材料；其中，壳层材料中Mn的含量呈梯度分布，从内层向外层逐渐降低。该镍钴锰三元正极材料为中空的核壳结构，核层为中空结构的Li2MnO3，壳层材料为镍钴锰三元材料，且Mn在壳层材料梯度降低，这种结构缩短了锂离子的扩散路径，提高了材料的倍率性能，同时又保持了材料的球形形貌，对材料的振实密度无较大影响。

【技术实现步骤摘要】
镍钴锰三元正极材料及其制备方法和应用、锂离子电池、电动汽车
本专利技术属于镍钴锰三元正极材料
，具体涉及一种镍钴锰三元正极材料及其制备方法和应用、锂离子电池、电动汽车。
技术介绍
近年来，锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、工作温度范围广和安全无记忆效应等优点得到迅速发展。特别是随着电动汽车的研发，锂离子电池能够为其提供新的动力源，进一步推动了锂离子电池的应用。然而，当前锂离子电池的商业化的正极材料钴酸锂由于资源匮乏，价格昂贵，毒性较高，使人们迫切地需要使用无钴或少钴的新型正极材料来代替钴酸锂。正极材料磷酸铁锂虽然原料便宜，成本低廉，但磷酸铁锂的能量密度已不能满足新能源汽车的要求，三元材料特别是高镍材料结合了镍、钴、锰三种元素的优点，相比钴酸锂，具有成本低的优势，相比磷酸铁锂，则具有能量密度高的优势。使镍钴锂三元材料成为最具有应用前景的正极材料之一。镍钴锂三元材料与现有的正极材料相比具有众多的优点，但是在电化学性能方面仍有待进一步提高。锂离子电池中，三元材料由于锂离子电导率低，材料的二次颗粒较大，因此充放电过程中锂离子扩散速度较慢，不利于电化学性能特别是倍率性能的提高。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种镍钴锰三元正极材料，该镍钴锰三元正极材料在保持三元材料球形形貌的基础上，大幅提高了材料的倍率性能，能够克服上述问题或者至少部分地解决上述技术问题。本专利技术的第二个目的在于提供上述镍钴锰三元正极材料的制备方法，该镍钴锰三元正极材料的制备方法操作过程简单，成本低，在后续的烧结过程中不会破坏材料的结构。本专利技术的第三个目的在于提供镍钴锰三元正极材料在锂离子电池中的应用，该镍钴锰三元正极材料能够缩短锂离子电池充放电过程中锂离子的扩散路径，具有优异的倍率性能。本专利技术的第四个目的在于提供一种锂离子电池，包括上述镍钴锰三元正极材料，包含有上述镍钴锰三元正极材料的锂离子电池具有优异的倍率性能，能够实现电池的快速充电。本专利技术的第五个目的在于提供一种电动汽车，包括上述锂离子电池，将上述锂离子电池用于电动汽车中，可实现电动汽车的快速充电。根据本专利技术第一个方面，提供了一种镍钴锰三元正极材料，所述镍钴锰三元正极材料为核壳结构，核层为中空结构的Li2MnO3，壳层材料为镍钴锰三元材料；其中，壳层材料中Mn的含量呈梯度分布，从内层向外层逐渐降低。优选地，所述镍钴锰三元材料的化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2，0.33≤x≤0.92，0.05≤y≤0.33，0.5≤x+y<1；优选地，所述x取值为0.4≤x≤0.8，y取值为0.1≤y≤0.3，x+y的取值为0.7≤x+y≤0.9。优选地，所述中空结构的核的直径为1-8μm，优选为2-6μm；和/或，所述镍钴锰三元正极材料的直径为4-14μm，优选为4-10μm。优选地，所述壳层材料的最内层的镍钴锰三元材料中锰在镍钴锰中的摩尔百分含量为20％-60％；和/或，所述壳层材料的最外层的镍钴锰三元材料中锰在镍钴锰中的摩尔百分含量为5％-20％。根据本专利技术第二个方面，提供了上述镍钴锰三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：(a)向含有氨水的溶液中同时加入锰盐、氨水和碱液，反应得到氢氧化锰悬浊液；(b)向步骤(a)得到的氢氧化锰悬浊液中同时加入镍盐溶液、钴盐溶液和浓度递减的锰盐溶液进行共沉淀反应，得到核壳结构的前驱体；(c)将步骤(b)得到的前驱体与锂源混合，然后烧结，得到镍钴锰三元正极材料。优选地，步骤(a)中，所述反应的温度为40-70℃，所述反应的时间为40-80min，所述反应体系的pH为11-12.5；优选地，步骤(a)中，所述锰盐为可溶性锰盐，优选为硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰、氯化锰和草酸锰中的至少一种，所述锰盐的浓度为0.4-0.8mol/L；优选地，步骤(a)中，所述氨水中氨的质量百分含量为25％-28％；优选地，步骤(a)中，所述碱液为氢氧化钾和/或氢氧化钠，所述碱液的浓度为3-5mol/L。优选地，步骤(b)中，所述共沉淀反应的时间为5h-60h，所述共沉淀反应的温度为40-70℃，所述共沉淀反应体系的pH为10.5-12.5；优选地，步骤(b)中，共沉淀反应开始时，锰离子在镍离子、钴离子和锰离子中的摩尔百分含量为20％-60％，共沉淀反应结束时，锰离子在镍离子、钴离子和锰离子中的摩尔百分含量为5％-20％；优选地，步骤(b)中，所述镍盐为可溶性镍盐，优选为硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍、氯化镍和草酸镍中的至少一种，所述镍盐的浓度为0.5-4mol/L；和/或，所述钴盐为可溶性钴盐，优选为硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴、氯化钴和草酸钴中的至少一种；和/或，所述锰盐为可溶性锰盐，优选为硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰、氯化锰和草酸锰中的至少一种；优选地，步骤(c)中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂和草酸锂中的至少一种；优选地，步骤(c)中，所述前驱体与锂盐的摩尔比为1：1.01-1.15；优选地，步骤(c)中，所述烧结的温度为700-1000℃，优选为850-950℃；和/或，所述烧结的时间为8-24h，优选为10-15h。根据本专利技术第三个方面，提供了上述镍钴锰三元正极材料或上述制备方法得到的镍钴锰三元正极材料在锂离子电池中的应用。根据本专利技术第四个方面，提供了一种锂离子电池，包括上述镍钴锰三元正极材料或上述制备方法得到的镍钴锰三元正极材料。根据本专利技术第五个方面，提供了一种电动汽车，包括上述锂离子电池。本专利技术提供了一种镍钴锰三元正极材料，镍钴锰三元正极材料为核壳结构，核为中空结构的核，核材料为Li2MnO3，壳层材料为镍钴锰三元材料；其中，Mn的含量在壳层材料中呈梯度分布，从内层向外层逐渐降低。该镍钴锰三元正极材料为中空的核壳结构，核为中空的Li2MnO3，核外包覆有壳层材料，且Mn在壳层材料梯度降低，这种结构缩短了锂离子的扩散路径，提高了材料的倍率性能，同时又保持了材料的球形形貌，对材料的振实密度无较大影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制备的镍钴锰三元正极材料的粒径分布图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。根据本专利技术第一个方面，提供了一种镍钴锰三元正极材料，镍钴锰三元正极材料为核壳结构，核层为中空结构的Li2MnO3，壳层材料为镍钴锰三元材料；其中，壳层材料中Mn的含量呈梯度分布，从内层向外层逐渐降低。该镍钴锰三元正极材料为中空的核壳结构，核为中空的Li2MnO3，核外包覆有壳层材料，且Mn在壳层材料梯度降低，这种结构缩短了锂离子的扩散路径，提高了材料的倍率性能，同时又保持了材料的球形形貌，对材料的振实密度无较大影响。应当理解的是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述镍钴锰三元正极材料为核壳结构，核层为中空结构的Li2MnO3，壳层材料为镍钴锰三元材料；其中，壳层材料中Mn的含量呈梯度分布，从内层向外层逐渐降低。

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述镍钴锰三元正极材料为核壳结构，核层为中空结构的Li2MnO3，壳层材料为镍钴锰三元材料；其中，壳层材料中Mn的含量呈梯度分布，从内层向外层逐渐降低。2.根据权利要求1所述的镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述镍钴锰三元材料的化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2，0.33≤x≤0.92，0.05≤y≤0.33，0.5≤x+y<1；优选地，所述x取值为0.4≤x≤0.8，y取值为0.1≤y≤0.3，x+y的取值为0.7≤x+y≤0.9。3.根据权利要求1或2所述的镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述中空结构的核的直径为1-8μm，优选为2-6μm；和/或，所述镍钴锰三元正极材料的直径为4-14μm，优选为4-10μm。4.根据权利要求1或2所述的镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述壳层材料的最内层的镍钴锰三元材料中锰在镍钴锰中的摩尔百分含量为20％-60％；和/或，所述壳层材料的最外层的镍钴锰三元材料中锰在镍钴锰中的摩尔百分含量为5％-20％。5.权利要求1-4任一项所述的镍钴锰三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)向含有氨水的溶液中同时加入锰盐、氨水和碱液，反应得到氢氧化锰悬浊液；(b)向步骤(a)得到的氢氧化锰悬浊液中同时加入镍盐溶液、钴盐溶液和浓度递减的锰盐溶液进行共沉淀反应，得到核壳结构的前驱体；(c)将步骤(b)得到的前驱体与锂源混合，然后烧结，得到镍钴锰三元正极材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述反应的温度为40-70℃，所述反应的时间为40-80min，所述反应体系的pH为11-12.5；优选地，步骤(a)中，所述锰盐为可溶性锰盐，优选为硫酸锰、硝酸锰、醋酸锰、氯化锰和...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤依伟，吴剑，尚国志，杨幸，
申请(专利权)人：广东佳纳能源科技有限公司，清远佳致新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44