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高镍三元正极材料及其制备方法。其中，制备高镍三元正极材料的方法包括：(1)向反应底液中加入镍钴锰盐溶液、碳酸钠溶液、氯化锂溶液、沉淀剂和络合剂进行合成反应，得到掺杂有碳酸锂的第一高镍三元正极材料前驱体；(2)向反应体系中通入氧气，进行预氧化处理，所述预氧化处理完成后，向反应体系中加入碳酸钠溶液和氯化锂溶液进行包覆反应，得到包覆有碳酸锂层的第二高镍三元正极材料前驱体；(3)对所述第二高镍三元正极材料前驱体进行烧结处理，得到高镍三元正极材料。该方法以氯化锂作为锂源制备高镍三元正极材料，原料成本及加工成本低廉，且制备得到的高镍三元正极材料具有优秀的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
高镍三元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及电极材料
，具体而言，本专利技术涉及高镍三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
三元前驱体及正极材料的发展从NCM523到NCM622再到NCM811，经历了从低镍向高镍的发展过程。在这个发展过程中，烧结工艺的温度呈现逐渐降低的趋势，而低温烧结对锂源的选择提出了新的要求，适用于低镍体系的碳酸锂不能满足高镍烧成的需求，需要采用氢氧化锂代替碳酸锂作为锂源。然而，采用氢氧化锂作为锂源的烧结工艺又带来了新的问题，高镍体系三元材料对烧结盛放的匣钵品质要求极高，需要频繁地更换新的匣钵，对工艺操作及成本等都造成了不小的影响，如果高镍体系三元材料能采用碳酸锂体系进行烧结，匣钵更换的问题会变得好很多。另一方面，现有的工艺大多采用三元共沉淀法合成高镍氢氧化物前驱体，然后采用物理混合的方式加入锂源进行烧结，存在混料不均匀的风险，对混料操作有较高的要求，且加入的锂源一般粒径尺寸一般较大，大约10μm，不利于烧结反应中锂离子迁移，烧结效果不佳，且采用氢氧化锂作为锂源，原料成本较碳酸锂高20％～50％。综上所述，现有的制备高镍三元正极材料的方法仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出制备高镍三元正极材料的方法，以及由该方法制备得到的高镍三元正极材料。该方法以氯化锂作为锂源制备高镍三元正极材料，原料成本及加工成本低廉，且制备得到的高镍三元正极材料具有优秀的电化学性能。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备高镍三元正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)向反应底液中加入镍钴锰盐溶液、碳酸钠溶液、氯化锂溶液、沉淀剂和络合剂进行合成反应，得到掺杂有碳酸锂的第一高镍三元正极材料前驱体；(2)向反应体系中通入氧气，进行预氧化处理，所述预氧化处理完成后，向反应体系中加入碳酸钠溶液和氯化锂溶液进行包覆反应，得到包覆有碳酸锂层的第二高镍三元正极材料前驱体；(3)对所述第二高镍三元正极材料前驱体进行烧结处理，得到高镍三元正极材料。根据本专利技术实施例的制备高镍三元正极材料的方法，在共沉淀反应制备前驱体的阶段同时向反应体系中加入碳酸钠溶液和氯化锂溶液，碳酸钠可以与氯化锂反应生成碳酸锂，并均匀地掺杂在前驱体中，得到掺杂有碳酸锂的第一高镍三元正极材料前驱体。后续，通过向反应体系中通入氧气使前驱体的表面氧化，并通过进一步加入碳酸钠溶液和氯化锂溶液，使二者反应生成的碳酸锂在第一高镍三元正极材料前驱体的表面形成包覆层。由此，该方法在前驱体制备阶段即利用氯化锂作为锂源，将锂离子引入到前驱体中，并使碳酸锂同时对前驱体进行掺杂和包覆，在掺杂和包覆的协同效应下，第二高镍三元正极材料可以满足高镍体系的烧成需求，经烧结处理，即可得到高镍三元正极材料产品。另一方面，通过上述方法向前驱体中引入锂离子，不仅省去了传统的物理混料工序，且该方法引入的碳酸锂粒径小，非常有利于烧结过程中锂离子的迁移，锂的利用率高，可达90％或更高。此外，该方法避免了氢氧化锂的使用，在直接降低原料成本的同时，减少了烧结工序中匣钵的更换频次，有效降低了加工成本。另外，根据本专利技术上述实施例的制备高镍三元正极材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述镍钴锰盐溶液中，镍盐、钴盐、锰盐的总浓度为0.5～1.5mol/L。在本专利技术的一些实施例中，所述碳酸钠溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。在本专利技术的一些实施例中，所述氯化锂溶液的浓度为8～15mol/L。在本专利技术的一些实施例中，所述沉淀剂为浓度为5～10mol/L的氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液。在本专利技术的一些实施例中，所述络合剂为浓度为8～12mol/L的氨水溶液。在本专利技术的一些实施例中，所述合成反应的反应条件包括：搅拌转速为500～1000rpm，反应温度为50～70℃，反应体系的pH值为10.5～12.5，反应体系中固含量为100～350g/L，反应时间为5～30h。在本专利技术的一些实施例中，所述预氧化处理中，氧气流量为60～100L/h，处理时间为10～20min，温度为90～100℃。在本专利技术的一些实施例中，所述包覆反应的反应条件包括：反应温度为90～100℃，反应时间为6～8h，反应体系的pH值为9.0～10.5。在本专利技术的一些实施例中，所述烧结处理包括第一烧结处理和第二烧结处理，所述第一烧结处理在700～950℃下进行8～20h完成，所述第二烧结处理在550～650℃下进行8～12h完成。在本专利技术的一些实施例中，所述碳酸锂层(即包覆在在第一高镍三元正极材料前驱体表面的碳酸锂层)的厚度为0.5～2μm。在本专利技术的一些实施例中，所述高镍三元正极材料中，锂离子的摩尔量为前驱体摩尔量的1.00～1.15倍。需要说明的是，上述锂离子的摩尔量是指材料中掺杂和包覆的锂离子的总摩尔量。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种高镍三元正极材料。根据本专利技术的实施例，该高镍三元正极材料是由上述实施例的制备高镍三元正极材料的方法制备得到的。由此，该高镍三元正极材料的原料成本及加工成本低廉，且具有优秀的电化学性能。在本专利技术的一些实施例中，所述高镍三元正极材料具有式(I)所示的组成，NiXCoYMn1-X-Y(OH)2·aLi2CO3(I)式(1)中，80％<X<95％，1％<Y<15％，1.0<a<1.15。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备高镍三元正极材料的方法流程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备高镍三元正极材料的方法。参考图1，根据本专利技术的实施例，该方法包括：S100：制备得到第一高镍三元正极材料前驱体该步骤中，向反应底液中加入镍钴锰盐溶液、碳酸钠溶液、氯化锂溶液、沉淀剂和络合剂进行合成反应，得到掺杂有碳酸锂的第一高镍三元正极材料前驱体。根据本专利技术的实施例，碳酸钠和氯化锂进入反应体系后可反应生成碳酸锂，随着共沉淀反应的进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备高镍三元正极材料的方法，其特征在于，包括：/n(1)向反应底液中加入镍钴锰盐溶液、碳酸钠溶液、氯化锂溶液、沉淀剂和络合剂进行合成反应，得到掺杂有碳酸锂的第一高镍三元正极材料前驱体；/n(2)向反应体系中通入氧气，进行预氧化处理，所述预氧化处理完成后，向反应体系中加入碳酸钠溶液和氯化锂溶液进行包覆反应，得到包覆有碳酸锂层的第二高镍三元正极材料前驱体；/n(3)对所述第二高镍三元正极材料前驱体进行烧结处理，得到高镍三元正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备高镍三元正极材料的方法，其特征在于，包括：
(1)向反应底液中加入镍钴锰盐溶液、碳酸钠溶液、氯化锂溶液、沉淀剂和络合剂进行合成反应，得到掺杂有碳酸锂的第一高镍三元正极材料前驱体；
(2)向反应体系中通入氧气，进行预氧化处理，所述预氧化处理完成后，向反应体系中加入碳酸钠溶液和氯化锂溶液进行包覆反应，得到包覆有碳酸锂层的第二高镍三元正极材料前驱体；
(3)对所述第二高镍三元正极材料前驱体进行烧结处理，得到高镍三元正极材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍钴锰盐溶液中，镍盐、钴盐、锰盐的总浓度为0.5～1.5mol/L；
任选地，所述碳酸钠溶液的浓度为0.5～1.5mol/L；
任选地，所述氯化锂溶液的浓度为8～15mol/L；
任选地，所述沉淀剂为浓度为5～10mol/L的氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液；
任选地，所述络合剂为浓度为8～12mol/L的氨水溶液。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合成反应的反应条件包括：搅拌转速为500～1000rpm，反应温度为50～70℃，反应体系的pH值为10.5～12.5，反应体系中固含量为100～350g/L，反应时间为5～30h。


4.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：万江涛，任海朋，张勇杰，张宁，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32