一种正极前驱体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种正极前驱体及其制备方法和应用，正极前驱体NixCoyM1‑

【技术实现步骤摘要】
一种正极前驱体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种正极前驱体，尤其涉及一种正极前驱体及其制备方法和应用，属于电池


技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长以及环境友好的特点，已广泛应用于移动通信设备、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，并逐渐在电动交通工具以及储能领域发挥作用。现阶段，锂离子电池的能量密度与充放电倍率的不断优化是锂离子电池的重要发展方向之一。
[0003]正极材料是锂离子电池的关键材料之一，目前已经商业化的正极活性材料包括磷酸铁锂(LiFePO4,LFP)、镍钴锰酸锂(LiNi
a
Co
b
Mn
(1-a-b)
O2,LNCM)和镍钴铝酸锂(LiNi
a
′
Co
b
′
Al
(1-a
′-
b
′
)
O2,LNCA)，其中，镍钴锰酸锂LNCM是目前中国市场主流的商业化正极活性材料，例如LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2、LiNi
0.5
Co
0.3
Mn
0.2
O2以及LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2。
[0004]目前，通过提高正极活性材料中的镍含量满足市场对锂离子电池高能量密度的需求，是一个探索方向，而正极活性材料的前驱体由于颗粒较大，比表面较小，即使引入了相对高镍含量的组成，颗粒形貌和结构特征的缺憾，也会限制倍率性能的有效提升，因此，如何通过对正极活性材料颗粒形貌的改善而实现锂离子电池的充放电倍率性能的提升也是本领域中关注和亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0005]针对上述缺陷，本专利技术提供一种正极前驱体，通过对构成该正极前驱体的一次颗粒结构特征的选择，聚集得到的前躯体能具有较大的比表面，作为正极活性材料，达到提高或改善锂离子电池倍率性能的目的。
[0006]本专利技术还提供一种正极前驱体的制备方法，通过调控颗粒的生长工艺，使得到的前躯体能具有更高的比表面积，而作为正极活性材料更利于实现改善锂离子电池倍率的正极前驱体。
[0007]本专利技术还提供一种正极活性材料，由前述正极前驱体制备得到，因此比表面积较大，能够实现锂离子电池倍率性能的提升。
[0008]本专利技术还提供一种锂离子电池的正极，包括前述正极活性材料，因此有利于提升锂离子电池的倍率性能。
[0009]本专利技术还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括前述锂离子电池的正极，因此具有优异的倍率性能。
[0010]本专利技术的第一方面是提供一种正极前驱体Ni
x
Co
y
M
1-x-y
(OH)2，0.3＜x＜1，0＜y＜0.5，M为Mn、Al、Zr、Mg、W、Ti、Mo等金属元素中的一种或多种，该正极前驱体由厚度为1-10nm的晶须状一次颗粒聚集得到的二次颗粒。
[0011]本专利技术所提供的正极前驱体为二次颗粒，并且是有一种长度相对于其横截面直径
非常大的一次颗粒晶须聚集得到，其中，该一次颗粒的厚度为1-10nm。可以理解，本专利技术所述的一次颗粒是一种更小尺寸的纳米级颗粒，其为晶须状，本专利技术采用厚度作为颗粒定义，是指该晶须状一次颗粒的最小尺寸。
[0012]本专利技术的正极材料是指行业内公知的NCM材料或NCA材料。
[0013]根据本专利技术提供的上述技术方案，由于上述厚度的晶须状一次颗粒聚集得到的正极前驱体二次颗粒具有较大的比表面积且颗粒较小，前驱体层间距由0.235nm提升至0.4-0.5nm之间，相应该前驱体制备的正极材料晶体中锂离子层和过渡金属离子层间距为0.26-0.28nm。因此，将由该正极前驱体得到的正极活性材料应用于锂离子电池后，能够使锂离子在正极中的扩散距离更短，从而有效提升了锂离子电池的倍率性能。
[0014]在一种具体实施方式中，由本专利技术的正极前驱体得到的二次颗粒的比表面积为12-30
㎡
/g，进一步为15-25
㎡
/g。
[0015]能够理解，由于一次颗粒的厚度较小，因此由一次颗粒聚集得到的二次颗粒具有多孔结构且较为松散，从而具有较大的比表面积。在本专利技术中，正极前驱体的孔径分布为50-200nm。
[0016]进一步地，本专利技术的正极前驱体的中值粒径较小，可以为3.5-15μm。
[0017]本专利技术的正极前驱体可以通过包括以下过程的方法制备得到：
[0018]调节反应釜内部体系为弱碱条件下，进行惰性气体保护，将含有金属盐以及有机化合物的混合溶液通入反应釜中进行共沉淀反应，直至反应釜中生长的颗粒的中值粒径为预设值，停止进料反应，得到正极前驱体；
[0019]其中，有机化合物为环烃类化合物和/或酯类化合物。
[0020]以下，以正极材料为NCM为例进行说明。
[0021]在具体实施过程中，可以先向去离子水中加入Ni盐、Co盐、Mn盐(例如各自的硫酸盐)以及有机化合物，配制得到混合溶液，然后将混合溶液通入含有去离子水的反应釜中发生共沉淀反应，反应过程中通过控制反应温度和pH值维持共沉淀反应的顺利进行。在本专利技术中，可以利用氢氧化钠溶液作为沉淀剂以使发生共沉淀反应。随着混合溶液的通入，反应釜中的颗粒不断生长，当颗粒的中值粒径达到预设值使，可以停止混合溶液的通入从而使共沉淀反应停止。本专利技术不限制中值粒径的预设值，可以按照需求进行不同尺寸的限定。
[0022]该正极前驱体的制备过程中，由于通入了环烃类化合物和/或酯类化合物，因此能够调整颗粒析出时的表面张力，使一次颗粒的厚度为1-10nm，从而得到由厚度为1-10nm的一次颗粒聚集得到的本专利技术的正极前驱体的二次颗粒。
[0023]有机化合物为环烃类化合物和/或酯类化合物，前述环烃类化合物可以为环烷烃、环烯烃、环炔烃、芳烃等成环化合物，酯类化合物可以为羧酸酯、磷酸酯等。
[0024]进一步地，可以选择碳原子个数为6-16的有机化合物作为本专利技术正极前驱体的制备原料，有利于实现一次颗粒的要求厚度。
[0025]在具体实施过程中，控制混合溶液中有机化合物的质量分数为0.05-2％，能够更有利于实现一次颗粒的要求厚度。
[0026]此外，混合溶液中，金属盐浓度为1-2.5mol/L，且Ni盐、Co盐、Mn盐之间的比例可以按照正极材料的预设组成设定。
[0027]在共沉淀反应的过程中，可以通过控制颗粒的生长速度为0.1-1μm/h保证一次颗
粒的尺寸均匀度。
[0028]本专利技术的第二方面是提供一种第一方面的正极前驱体的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0029]调节反应釜内部体系为弱碱条件下，进行惰性气体保护，将含有金属盐以及有机化合物的混合溶液通入反应釜中进行共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极前驱体，其特征在于，所述正极前驱体Ni
x
Co
y
M
1-x-y
(OH)2，0.3＜x＜1，0＜y＜0.5，M为Mn、Al、Zr、Mg、W、Ti、Mo等金属元素中的一种或多种，所述正极前驱体由厚度为1-10nm的晶须状一次颗粒聚集得到的二次颗粒。2.根据权利要求1所述的正极前驱体，其特征在于，所述二次颗粒的比表面积为12-30
㎡
/g。3.根据权利要求2所述的正极前驱体，其特征在于，所述二次颗粒的比表面积为15-25
㎡
/g。4.根据权利要求2或3所述的正极前驱体，其特征在于，所述二次颗粒具有多孔结构，且孔径分布为50-200nm。5.根据权利要求1所述的正极前驱体，其特征在于，所述二次颗粒的中值粒径为3.5-15μm。6.根据权利要求1所述的正极前驱体，其特征在于，所述正极前驱体中的层间距为0.4-0.5nm。7.一种如权利要求1-6任一项所述正极前驱体的制备方法，其特征在于，包括：调节反应釜内部体系为弱碱条件下，进行惰性气体保护，将含有金属盐以及有机化合物的混合溶液通入反应釜中进行共沉淀反应，直至反应釜中生长的颗粒的中值粒径为预设值，停止进料反应，得到所述正极前驱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海昌，
申请(专利权)人：上海卡耐新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：