镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料、锂离子电池正极和锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料、锂离子电池正极和锂离子电池。镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将镍钴锰酸锂正极材料前驱体和铜源混合后进行第一煅烧，然后加入锂源进行第二煅烧，得到镍钴锰酸锂正极材料。镍钴锰酸锂正极材料，使用所述的制备方法制得。锂离子电池正极浆料，包括所述的镍钴锰酸锂正极材料。锂离子电池正极，使用所述的锂离子电池正极浆料制得。锂离子电池，包括所述的锂离子电池正极。本申请提供的镍钴锰酸锂正极材料，为Cu

Nickel cobalt lithium manganate cathode material and its preparation method, lithium ion battery anode slurry, lithium ion battery anode and lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料、锂离子电池正极和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料、锂离子电池正极和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池作为一种环境友好的锂二次电池，因其高比能量、高比功率、长循环寿命、高低温性能良好等特点，已经广泛应用于各种电子领域中如3C领域、EV领域等。随着应用领域的不断扩展，对锂离子电池的能量密度、倍率性能和循环性能提出了更高的要求。目前提升能量密度的方法主要包括从提高正极材料克容量，已经逐渐从磷酸铁锂转向为镍钴锰酸锂正极材料、镍钴铝酸锂正极材料、富锂锰基正极材料等。但是镍钴锰酸锂正极材料由于自身导电性差、内阻大等问题，最终会影响锂离子电池的倍率性能、循环性能等。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池正极浆料、锂离子电池正极和锂离子电池，以解决上述问题。为实现以上目的，本专利技术特采用以下技术方案：一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：将镍钴锰酸锂正极材料前驱体和铜源混合后进行第一煅烧，然后加入锂源进行第二煅烧，得到镍钴锰酸锂正极材料Li(NixCoyMn1-x-y-zCuz)O2，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z≤0.2，0＜1-x-y-z＜1；所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体与所述铜源中的铜元素的摩尔比为1：(0.01-0.1)，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体与所述锂源中锂元素的摩尔比为(0.5-1)：1。Cu2+具有特殊的外围电子排布能有效提高正极材料的导电率，进而改善锂离子电池的倍率性能和循环性能，通过Cu2+取代部分Mn4+增强结构稳定性。采用前驱体和铜掺杂分步制备的方法可以最大程度的保证前驱体本身的性能，进而保证最终获得的正极材料的性能。相比之下，本申请采用的方法优于现有技术中采用的锰源、钴源、镍源、铜源、锂源一步法。可选地，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体与所述铜源中的铜元素的摩尔比可以为1：0.01、1：0.02、1：0.03、1：0.04、1：0.05、1：0.06、1：0.07、1：0.08、1：0.09、1：0.1以及1：(0.01-0.1)之间的任一值，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体与所述锂源中锂元素的摩尔比可以0.5：1、0.6：1、0.7：1、0.8：1、0.9：1、1：1为以及(0.5-1)：1。优选地，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体的制备方法包括：将锰源、镍源和钴源制备成混合溶液，然后加入碱源，反应得到所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体；优选地，所述混合溶液中金属离子的浓度为1.5-2.0mol/L；优选地，所述锰源包括硫酸锰，所述镍源包括硫酸镍，所述钴源包括硫酸钴。镍钴锰酸锂正极材料前驱体的通式(NixCoyMn1-x-y-z)(OH)2，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z≤0.2。前驱体的性能会影响到铜掺杂得到的正极材料的性能。采用液相反应、控制混合溶液中金属离子的浓度以及对原料的优选，都是为了最大程度的保证前驱体本身性能利于进行铜掺杂且制备得到的正极材料的性能最佳。需要说明的是，锰源、镍源、钴源可以采用其他锰盐、镍盐和钴盐，例如碳酸盐、硝酸盐等，由于硫酸盐溶解性较好、性能稳定(无氧化性等不稳定性能)，因此优选使用硫酸盐作为原料。可选地，所述混合溶液中金属离子的浓度可以为1.5mol/L、1.6mol/L、1.7mol/L、1.8mol/L、1.9mol/L、2.0mol/L以及1.5-2.0mol/L之间的任一值。更加优选地，所述碱源包括氢氧化钠水溶液和/或氨水；优选地，所述碱源包括体积比为1：(1-3)的2-4mol/L的氢氧化钠水溶液和1-1.5mol/L的氨水；优选地，加入所述碱源调节反应体系的pH值至10-12；优选地，所述反应的温度为40-60℃。碱源的选择是为了优化生成氢氧化物沉淀的过程，减少前驱体中的杂质。理论上讲，生成速度越慢，沉淀物的形状和性能越好，杂质也相对越少；对碱源浓度、调节反应体系pH终点和反应温度的优选，是为了达成沉淀性能和速度的平衡，在保证前驱体质量的基础上提高生产效率。可选地，氢氧化钠水溶液与氨水的体积比可以为1：1、1：2、1：3以及1：(1-3)之间的任一值；氢氧化钠水溶液的浓度可以为2mol/L、3mol/L、4mol/L以及2-4mol/L之间的任一值，氨水的浓度可以为1mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L、1.3mol/L、1.4mol/L、1.5mol/L以及1-1.5mol/L之间的任一值；加入所述碱源调节反应体系的pH值的终点可以为10、11、12以及10-12之间的任一值；所述反应的温度可以为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃以及40-60℃之间的任一值。优选地，所述反应结束后还包括清洗产物的步骤；优选地，所述清洗产物的步骤包括：用去离子水清洗产物，然后将所述产物放入无水乙醇中；优选地，所述产物放入无水乙醇中处理的时间为0.5-1.5h；优选地，所述清洗产物的步骤之后还包括干燥步骤；优选地，所述干燥的温度为80-100℃，时间为10-14h。去离子水清洗的目的是去除得到的沉淀物表面的水溶性杂质，无水乙醇浸泡的目的是为了进一步地去除杂质。干燥温度和时间的优选是为了避免高温使得前驱体的稳定性下降，产生杂质，同时保证干燥的效率。可选地，所述产物放入无水乙醇中处理的时间可以为0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h以及0.5-1.5h之间的任一值；所述干燥的温度可以为80℃、85℃、90℃、95℃、100℃以及80-100℃之间的任一值，时间可以为10h、11h、12h、13h、14h以及10-14h之间的任一值。优选地，所述锂源包括碳酸锂和/或氢氧化锂；优选地，所述锂源为碳酸锂；优选地，所述铜源为碱式碳酸铜；优选地，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体与所述碳酸铜的摩尔比为1：(0.02-0.06)；优选地，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体为Ni0.5Co0.2Mn0.3-z(OH)2、Ni0.6Co0.2Mn0.2-z(OH)2或Ni0.8Co0.1Mn0.1-z(OH)2。碳酸锂作为锂源、碱式碳酸铜作为铜源，在烧结的过程中因分解生成二氧化碳，不会引入例如硫酸根、硝酸根等杂质，得到的正极材料性能更优异。当Cu2+掺杂比例较小时，会降低材料的结晶度和有序度；当Cu2+掺杂比例增加一定范围内，材料的层间距会增大，有利于离子的嵌入与脱出，进而提高了材料的倍率性能，Cu2+具有较大的离子半径，掺杂后增加材料的晶胞参数，使材料在充放电过程中阻抗降低，从而提高了材料的循环性能，增加比例过大时影响电池能量密度发挥。在控制铜掺杂的量的基础上，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将镍钴锰酸锂正极材料前驱体和铜源混合后进行第一煅烧，然后加入锂源进行第二煅烧，得到镍钴锰酸锂正极材料Li(Ni

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镍钴锰酸锂正极材料前驱体和铜源混合后进行第一煅烧，然后加入锂源进行第二煅烧，得到镍钴锰酸锂正极材料Li(NixCoyMn1-x-y-zCuz)O2，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z≤0.2，0＜1-x-y-z＜1；
所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体与所述铜源中的铜元素的摩尔比为1：(0.01-0.1)，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体与所述锂源中锂元素的摩尔比为(0.5-1)：1。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体的制备方法包括：
将锰源、镍源和钴源制备成混合溶液，然后加入碱源，反应得到所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体；
优选地，所述混合溶液中金属离子的浓度为1.5-2.0mol/L；
优选地，所述锰源包括硫酸锰，所述镍源包括硫酸镍，所述钴源包括硫酸钴。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱源包括氢氧化钠水溶液和/或氨水；
优选地，所述碱源包括体积比为1：(1-3)的2-4mol/L的氢氧化钠水溶液和1-1.5mol/L的氨水；
优选地，加入所述碱源调节反应体系的pH值至10-12；
优选地，所述反应的温度为40-60℃。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述反应结束后还包括清洗产物的步骤；
优选地，所述清洗产物的步骤包括：用去离子水清洗产物，然后将所述产物放入无水乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍成，李文武，周游，王耐清，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43