锂离子电池正极材料及其制备方法与应用及系统和前驱体制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法与应用及系统和前驱体制备装置，该方法包括：(1)在络合剂和第一沉淀剂存在下，将组分A中的各组分进行共沉淀反应，得到前驱体浆料，所述组分A中含有锰盐、钴盐和镍盐；(2)在第二沉淀剂存在下，将所述前驱体浆料与改性剂进行包覆反应，以使得所述改性剂包覆在前驱体颗粒表面，得到包覆前驱体；(3)将所述包覆前驱体与锂盐进行烧结反应，得到掺杂和包覆共改性的锂离子电池正极材料。采用本发明专利技术的方法，能得到掺杂和包覆双改性的锂离子电池正极材料，有效的改善了材料的电化学性能。学性能。学性能。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极材料及其制备方法与应用及系统和前驱体制备装置


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体地涉及锂离子电池正极材料及其制备方法与应用及系统和前驱体制备装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种绿色二次电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等突出优点，广泛用于电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
[0003]正极材料是锂离子电池中最重要的组成部分之一，其性能对锂离子电池的性能起着决定性作用。三元正极材料通过Ni
‑
Co
‑
Mn三元素的协同作用，结合了LiCoO2良好的循环性能，LiNiO2高比容量、LiMnO2高安全性和成本低等优点，已成为目前最具发展前景的锂离子电池正极材料。但随着对高能量密度需求，三元正极材料呈现朝高镍含量方向发展的趋势，镍含量的增加，导致材料的倍率性能、循环性能、热稳定性随之降低，进而影响电池的使用寿命和安全性。
[0004]目前针对锂离子电池材料进行改性的手段，主要是通过掺杂或包覆，以改善材料的表界面结构，从而提高材料的电化学性能。
[0005]掺杂通常在烧结阶段进行，将前驱体、锂源、含掺杂元素的改性物质混匀后高温烧结，得到掺杂改性正极材料。这种方法易出现掺杂元素富集或缺失的不均匀缺陷，不能有效改善正极材料电化学性能。为了提高掺杂元素的均匀性，可以在正极材料前驱体的制备中进行元素掺杂，然后再与锂源进行烧结。该种方式虽然能够提高掺杂元素均匀性，但是会存在由于掺杂元素与前驱体镍、钴、锰主元素溶度积相差较大，从而影响前驱体的粒度及分布、密度、结晶度和一次颗粒形貌等指标的问题，使得前驱体制备难度较大，并且掺杂元素可选的范围严重受限，另外，针对掺杂改性而言，由于掺杂元素一般为非活性物质，会影响正极材料容量的发挥，尤其是掺杂量较大时，单一的掺杂也不能真正改善正极材料的电性能。
[0006]而包覆通常在烧结阶段进行，将配锂烧结后形成的正极材料与包覆物进行混合，然后进行较低温烧结，以使包覆元素覆盖在正极材料的表层，通过改善表面结构来改善正极材料性能。这样的工艺极易出现包覆层不均匀的情况从而对材料电化学性能的改善程度有限，并且二次或多次烧结的操作工艺复杂耗时耗力，不利于工业化生产。
[0007]因此，针对目前改性手段存在的上述缺陷，提供一种新的制备改性锂离子电池正极材料的方法具有重要意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的制备改性锂离子电池正极材料的方法。
[0009]针对目前锂离子电池正极材料常用的掺杂和包覆改性手段存在的上述缺陷，本专利技术的专利技术人经过大量实验研究发现，通过巧妙的设计前驱体的制备配合特定的工艺条件，可得到电化学性能更优的正极材料，并且本专利技术的专利技术人还意外地发现，由本专利技术方法所获得的正极材料的改性元素可以同时实现包覆和掺杂的双重改性，由此提供了本专利技术。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种制备锂离子电池正极材料的方法，包括：
[0011](1)在络合剂和第一沉淀剂存在下，将组分A中的各组分进行共沉淀反应，得到含前驱体的前驱体浆料，所述组分A中含有锰盐、钴盐和镍盐；
[0012](2)在第二沉淀剂存在下，将所述前驱体浆料与改性剂进行包覆反应，以使得所述改性剂包覆在所述前驱体的颗粒表面，得到包覆前驱体；
[0013](3)将所述包覆前驱体与锂盐进行烧结反应，得到掺杂和包覆共改性的锂离子电池正极材料。
[0014]本专利技术第二方面提供由前述方法制得的锂离子电池正极材料。
[0015]本专利技术第三方面提供前述锂离子电池正极材料在锂离子电池中的应用。
[0016]本专利技术第四方面提供一种制备锂离子电池正极材料前驱体的装置，该装置包括反应釜和包覆釜，且所述包覆釜与所述反应釜保持连通，使得由所述反应釜制得的前驱体浆料能够进入所述包覆釜中与改性剂接触进行包覆反应，得到包覆前驱体。
[0017]本专利技术第五方面提供一种制备锂离子电池正极材料的系统，该系统包括前驱体制备装置和烧结炉，其中，所述前驱体制备装置为前述制备锂离子电池正极材料前驱体的装置。
[0018]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下优势：
[0019]采用本专利技术提供的方法，通过巧妙的设计将前驱体的制备分成两步，先制备各项物化指标优良的锂离子电池正极材料前驱体的浆料，然后采用湿法共沉淀技术，使得改性元素在前驱体表面均匀沉淀，得到包覆前驱体，再将包覆前驱体和锂源烧结，得到掺杂和包覆双改性的正极材料，且改性元素从材料表面到内部逐渐减少，在改善材料表界面结构的同时减少改性元素对材料本体的影响，有效提高了锂离子电池正极材料的电化学性能。
[0020]本专利技术的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式予以详细说明。
附图说明
[0021]图1是根据本专利技术一种优选的具体实施方式的制备锂离子电池正极材料前驱体的装置的结构示意图；
[0022]图2为实施例3制得的包覆前驱体在不同倍数下的SEM图；
[0023]图3为对比例1制得的掺杂前驱体在不同倍数下的SEM图；
[0024]图4为实施例3和对比例1制备得到的锂离子电池正极材料的Zr元素含量分布结果对比图；
[0025]图5和图6分别为实施例3和对比例1得到的锂离子电池正极材料在不同测试条件下的循环性能测试结果，其中，图5的测试条件为25℃，1C/1C@4.5
‑
3.0V；图6的测试条件为45℃，1C/1C@4.3
‑
3.0V；
[0026]图7和图8分别为实施例3和对比例2得到的锂离子电池正极材料在不同条件下的
循环性能测试结果，其中，图7的测试条件为25℃，1C/1C@4.5
‑
3.0V；图8的测试条件为45℃，1C/1C@4.3
‑
3.0V。
[0027]附图标记说明
[0028]1反应釜：
[0029]1‑
1搅拌电机，1
‑
2进料管，1
‑
3搅拌轴，1
‑
4溢流口，1
‑
5循环水出口，1
‑
6溢流控制阀，1
‑
7挡板，1
‑
8加热层，1
‑
9搅拌桨，1
‑
10保温层，1
‑
11循环水入口，1
‑
12排液口。
[0030]2清液排出设备：
[0031]2‑
1清液排出口，2
‑
2排液控制阀，2
‑
3视镜，2
‑
4排液泵，2
‑
5排液管道。
[0032]3包覆釜：
[0033]3‑
1搅拌电机，3
‑
2进料管，3
‑
3液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，包括：(1)在络合剂和第一沉淀剂存在下，将组分A中的各组分进行共沉淀反应，得到含前驱体的前驱体浆料，所述组分A中含有锰盐、钴盐和镍盐；(2)在第二沉淀剂存在下，将所述前驱体浆料与改性剂进行包覆反应，以使得所述改性剂包覆在所述前驱体的颗粒表面，得到包覆前驱体；(3)将所述包覆前驱体与锂盐进行烧结反应，得到掺杂和包覆共改性的锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述改性剂含有改性元素M，所述M选自Ni、Mn、Co、Al、Ti、Zr、W、B、Fe、La、Cr和Ce元素中的至少一种；优选地，所述前驱体的化学式为Ni1‑
x
‑
y
Co
x
Mn
y
(OH)2；所述包覆前驱体的化学式为Ni1‑
x
‑
y
Co
x
Mn
y
(OH)2·
M
z
E；所述锂离子电池正极材料的化学式为LiNi1‑
x
‑
y
‑
z
Co
x
Mn
y
M
z
O2；其中，0<x<0.5，0<y<1，0.001<z<0.1，M
z
E为改性元素M的氢氧化物或碳酸盐；优选地，在所述锂离子电池正极材料中，所述改性元素M从材料颗粒表面到内部逐渐减少。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述第一沉淀剂为碱金属的氢氧化物，优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾；优选地，在步骤(1)中，所述络合剂选自氨水、硫酸铵、氯化铵和硝酸铵等中的至少一种；优选地，在步骤(1)中，所述共沉淀反应的条件包括：反应温度为40
‑
70℃，反应体系的pH值为10.5
‑
13，反应体系的氨含量0.5
‑
15g/L，反应时间为5
‑
40h，搅拌转速50
‑
300rpm...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朋立，田鑫民，陈彦彬，宋顺林，刘亚飞，
申请(专利权)人：当升科技常州新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：