三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池技术

本公开涉及锂电池技术领域，具体公开了一种三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池。所述三元正极材料由三元系复合氧化物基体材料制备得到，所述三元系复合氧化物基体材料的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池


[0001]本公开涉及锂电池
，尤其涉及一种三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池凭借其高能量及功率密度、较长的循环寿命等优点正在汽车动力系统中广泛使用。目前，市场上适用于锂离子动力电池的三元正极材料主要包括磷酸铁锂、三元材料(镍钴锰酸锂及镍钴铝酸锂)、钛酸锂等，但由于磷酸铁锂、锰酸锂及钛酸锂电池的容量低，消费者存在里程焦虑，高能量密度的高镍三元正极材料成为了目前研究最热的动力电池三元正极材料。
[0003]三元正极材料，特别是高镍型三元正极材料，普遍存在储存和安全性能的问题。其主要原因是三元正极材料表面的游离锂会与空气中的水及CO2反应，生产LiOH和Li2CO3，使表面残锂含量高。残留的LiOH容易与电解液中的LiPF6发生反应，产生HF，LiCO3在高温储存过程中会发生分解，产生CO2，这些气体的产生容易导致电池出现胀气等安全隐患。因此，降低高镍三元正极材料的表面残锂量以提高材料的稳定性具有特别重要的意义。
[0004]三元材料中的镍可以提高电池的能量密度，钴可以提升电池的倍率性能，锰可以提高电池的安全性能，但是最新的研究发现锰会在电池反应中溶出，从而影响电池的使用时寿命与性能。同时，镍钴锰体内的锰元素较难稳定更多的镍，而导致目前镍钴锰体系能量密度稍低，续航表现不足。因此，如何降低高镍三元正极材料的表面残锂量以及替代三元材料中的锰的同时，提高电池的稳定性，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种三元系复合氧化物基体材料、三元正极材料及制备方法与由其制备的锂离子电池和车辆。
[0006]为了实现本公开目的，本公开的技术方案如下：
[0007]第一方面，本公开提供一种三元系复合氧化物基体材料，其化学式为：Li
1+n
Ni
0.4+x
Co
0.6
‑
x
‑
y
‑
z
Al
y
B
z
O2，其中，0.00≤x＜0.6，0.01≤y＜0.4，0.01≤z＜0.4，x+y+z＜0.6，0.00≤n＜0.25。
[0008]作为优选，0.25≤x＜0.4，0.05≤y＜0.1，0.05≤z＜0.3，x+y+z＜0.6，0.00≤n＜0.25。在该取值范围内，三元系复合氧化物基体材料具有更高的克容量发挥，以及高温存储稳定性。
[0009]第二方面，本公开提供一种前述三元系复合氧化物基体材料的制备方法，对三元系氢氧化物进行热处理，得到氧化物；再将所得氧化物和锂盐进行混合，将混合物烧结，得到所述三元系复合氧化物基体材料；
[0010]所述三元系氢氧化物的化学式为：Ni
0.4+x
Co
0.6
‑
x
‑
y
‑
z
Al
y
B
z
(OH)2，其中，0.00≤x＜
0.6，0.01≤y＜0.4，0.01≤z＜0.4，x+y+z＜0.6。
[0011]其中，所述热处理的温度为300
‑
600℃，将三元系氢氧化物于300
‑
600℃下热处理，可以更好地将氢氧化物转换为氧化物，通过在短时间内完成氧化反应，实现提前结晶，弥补晶格缺陷，并提升产能。
[0012]作为优选，烧结后，对烧结得到的复合氧化物过300目筛，并经除铁机除铁，得到所述三元系复合氧化物基体材料。其中，过300目筛后的基体材料可在烧结时更好地均匀受热，利用除铁机进行除铁可消除三元系复合氧化物基体材料中的磁性物质。
[0013]进一步地，所述烧结采用分段烧结：首先在700
‑
900℃的空气流条件下烧结8
‑
12小时，然后将烧结温度降至300
‑
600℃，再在氧气流中烧结8
‑
12小时。采用分段烧结的目的在于：在700
‑
900℃的一次烧结可使前驱体氧化物与锂盐分解成的氧化物生成初步的正极材料，降至300
‑
600℃的二次烧结可增加固相中的离子扩散速率，确保产物的稳定。
[0014]作为优选，在将所述氧化物和锂盐进行混合的过程中加入助熔剂，以降低烧结温度，降低工艺成本。所述助熔剂选自氧化硼、硼酸、氧化铝、氧化锆中的一种或多种，其加入质量为氧化物和锂盐总质量的5
‑
10％。
[0015]作为优选，所述助熔剂由氧化硼、硼酸、氧化锆和氧化铝按质量比为40
‑
50:40
‑
50:3
‑
8:3
‑
8的比例混合而成，优选为45：45：5：5。相比采用单一化合物作为助熔剂，将以上化合物混合作为助熔剂可以协同提升材料的综合性能如倍率性能与循环性能等。
[0016]更进一步地，所述三元系氢氧化物的制备方法为：将含Ni物质、含Co物质、含B物质、含Al物质混合均匀，在碱性环境下，产生三元系氢氧化物。
[0017]其中，调节pH的试剂可选为NaOH、KOH或氨水溶液中的至少一种。
[0018]作为优选，含Ni物质、含Co物质、含B物质、含Al物质的摩尔比为40
‑
80:7
‑
10:5
‑
10:5
‑
30；所述碱性环境的pH＝11
‑
12。
[0019]通过设置该特定比例，可使三元系氢氧化物经热处理后得到结构稳定的三元系复合氧化物，进而可使制备得到的三元正极材料具有相对高的容量与高温稳定性。
[0020]含Ni物质可选为硫酸镍、硝酸镍或氯酸镍中的一种或多种；
[0021]含Co物质为硫酸钴、硝酸钴或氯酸钴中的一种或多种；
[0022]含Al物质为硫酸铝、硝酸铝或氯酸铝中的一种或多种；
[0023]含B物质为H3BO3、B2O3或C6H6B(OH)2中的一种或多种；优选为H3BO3和C6H6B(OH)2的混合物，更优选为H3BO3和C6H6B(OH)2的等摩尔混合物。
[0024]第三方面，本公开提供了一种三元正极材料，其采用前述三元系复合氧化物基体材料制得，或采用前述制备方法制备的三元系复合氧化物基体材料制得。
[0025]利用本公开前述三元系复合氧化物基体材料，可有效改善镍钴铝材料的结构稳定性，提高克容量的发挥，并提高高温稳定性。
[0026]第四方面，本公开提供一种三元正极材料的制备方法，将前述三元系复合氧化物基体材料在惰性气体保护下进行烧结，冷却后粉碎过筛，加入络合剂进行络合反应，对络合反应后的产物进行过滤和清洗，干燥，即得。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元系复合氧化物基体材料，其特征在于，其化学式为：Li
1+n
Ni
0.4+x
Co
0.6
‑
x
‑
y
‑
z
Al
y
B
z
O2，其中，0.00≤x＜0.6，0.01≤y＜0.4，0.01≤z＜0.4，x+y+z＜0.6，0.00≤n＜0.25。2.根据权利要求1所述的三元系复合氧化物基体材料，其特征在于，0.25≤x＜0.4，0.05≤y＜0.1，0.05≤z＜0.3，x+y+z＜0.6，0.00≤n＜0.25。3.权利要求1或2所述三元系复合氧化物基体材料的制备方法，其特征在于，对三元系氢氧化物进行热处理，得到氧化物；再将所得氧化物和锂盐进行混合，将混合物烧结，得到所述三元系复合氧化物基体材料；所述三元系氢氧化物的化学式为：Ni
0.4+x
Co
0.6
‑
x
‑
y
‑
z
Al
y
B
z
(OH)2，其中，0.00≤x＜0.6，0.01≤y＜0.4，0.01≤z＜0.4，x+y+z＜0.6。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为300
‑
600℃；所述烧结采用分段烧结：首先在700
‑
900℃的空气流条件下烧结8
‑
12小时，然后将烧结温度降至300
‑
600℃，再在氧气流中烧结8
‑
12小时。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，在将所述氧化物和锂盐进行混合的过程中加入助熔剂，所述助熔剂选自氧化硼、硼酸、氧化铝、氧化锆中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦一鸣，
申请(专利权)人：北京车和家信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：