一种锂离子电池单晶三元正极材料制备方法、正极材料以及锂离子电池技术

技术编号:33792879 阅读:18 留言:0更新日期:2022-06-12 14:50
本发明专利技术公开了一种锂离子电池单晶三元正极材料制备方法、正极材料以及锂离子电池,制备方法包括以下步骤:将乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰与碳酸锂按(Ni+Co+Mn):Li=1:0.05~0.3的摩尔比混合,在空气或者氧气的气氛中进行低温固相反应;得到预埋化的前驱体;将所述前驱体与锂源按一定的摩尔比混合,在空气或者氧气的气氛下高温煅烧后粉碎过筛,得到单晶三元正极材料;单晶三元正极材料由所述制备方法制得;所述锂离子电池包括采用所述制备方法制备得到的单晶三元正极材料;本发明专利技术制备的材料电化学性能优异且具有工艺简单,快速高效、成本低廉,经济效益显著的特点。经济效益显著的特点。经济效益显著的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池单晶三元正极材料制备方法、正极材料以及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
,特别涉及一种锂离子电池单晶三元正极材料制备方法、正极材料以及锂离子电池。

技术介绍

[0002]能源危机和能源安全是当前世界各国面临的严峻考验,改善能源结构,实现能源多元化是国家发展的必然选择。锂离子电池由于其具有高电压、高比能量、循环性能好、环境污染小等优势,目前已成为各国新能源产业发展的一个重点方向。而锂离子正极材料是锂离子电池的重要组成部分,也是锂离子电池性能的关键点。
[0003]镍钴锰(NCM)三元正极材料,它是一种综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂性能的材料。NCM三元正极材料具有高比容量、长循环寿命、低毒和廉价等特点,NCM三种元素之间具有良好的协同效应,是目前应用最广泛的材料。但NCM三元正极材料结构随着循环的进行逐渐发生不可逆改变,且当三元正极材料脱锂时,氧化性增强,容易与有机电解液发生反应,从而使三元正极活性物质损失,导致容量衰减。因此,如何提高三元正极材料在电池循环过程中的稳定性,降低电极副反应程度,是提高锂离子电池循环寿命的关键。
[0004]为了解决上述问题,有人提议将三元正极材料制备成单晶形貌的三元材料。将三元正极材料制备成单晶形貌可避免二次颗粒形貌的三元正极材料在极片辊压过程中压碎现象,降低了电解液对正极材料的腐蚀。
[0005]单晶三元正极材料的传统制备方法采用共沉积

高温固相法,首先通过共沉淀法制得小粒径的三元前驱体,然后混锂烧结,制得相应的单晶正极材料,但在液相中反应,需要去除杂质离子如Na
+
、SO
42

、Cl

则需要对共沉淀物质反复洗涤,在这个过程中产生了大量的废水,成本较高,同时制备单晶三元材料所需的前驱体粒径较小,在洗涤过程中,也造成了部分前驱体的损失。低热固相反应方法克服了液相反应的缺陷,可以有效缩短了材料的制备流程,合成温度和时间比传统的固相法明显降低。但是目前现有的低热固相反应方法制备的正极材料仍然存在颗粒分散性和均一性差的问题,导致最终制备的正极材料在电池充放电过程中的循环性能较差。专利CN106505193A虽然解决了颗粒分散性和均一性差的问题,但是其制备工艺中加入了大量的有机酸,制备成本过高,与传统的共沉积

高温固相法相比毫无成本优势。
[0006]为了解决上述技术存在的问题,本专利技术提供一种锂离子电池单晶三元正极材料制备方法、正极材料以及锂离子电池。

技术实现思路

[0007]专利技术的目的在于提供一种锂离子电池单晶三元正极材料制备方法、正极材料以及锂离子电池,解决了现有技术中耗时长、成本高、前驱体损失、得到的材料颗粒分散性和均一性差以及正极材料在电池循环过程中循环性能较差的问题。
[0008]本专利技术是这样实现的,一种锂离子电池单晶三元正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
[0009]S1、将固态乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰与碳酸锂按(Ni+Co+Mn):Li=1:0.05~0.3的摩尔比混合,在空气或者氧气的气氛中进行低温固相反应;得到预埋化的前驱体;
[0010]S2、将所述前驱体与锂源按一定的摩尔比混合,在空气或者氧气的气氛下高温煅烧后粉碎过筛,得到单晶三元正极材料。
[0011]本专利技术中的两次配锂烧结是由于乙酸盐与碳酸锂混合低温烧结均会放出大量的气体,因此首次混锂预烧不能加入过多的碳酸锂,否则会出现严重的喷料现象,因此两次配锂烧结是必要的。
[0012]作为优选,所述步骤S1中乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰至少一种含有结晶水。
[0013]作为优选,所述步骤S1中乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰中的Ni、Co、Mn与所述碳酸锂中的Li的摩尔比为(Ni+Co+Mn):Li=1:0.05~0.3。
[0014]作为优选,步骤S1所述低温固相反应的反应温度为250~450℃,反应时间为2~5h。
[0015]作为优选,所述步骤S2前驱体中的Ni、Co、Mn与锂源中的Li的摩尔比为(Ni+Co+Mn):Li=1:0.7~1.05。
[0016]作为优选,所述骤S2中锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、氯化锂和硫酸锂中的至少一种。
[0017]作为优选,所述步骤S2高温煅烧的温度为850~1000℃,高温煅烧的时间为6~12h。
[0018]本专利技术还提供一种锂离子电池单晶三元正极材料,所述单晶三元正极材料由上述制备方法制得。
[0019]作为优选,所述单晶三元正极材料的化学式为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x

y
O2,其中,0<x<1,0<y<1。
[0020]本专利技术还提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包括采用上述制备方法制备得到的单晶三元正极材料。
[0021]本专利技术的有益效果:本方明采用的制备方法固态乙酸盐与碳酸锂混合低温预烧,预烧过程中乙酸盐与碳酸锂反应均放出大量的气体,预烧制备的前驱体颗粒小且均匀呈多孔状,结构疏松,活性高,再次混锂后烧结制备单晶三元材料所需的烧结温度和烧结时间相比传统的工艺均大幅降低;
[0022]本专利技术制备的单晶三元正极材料有高的克容量和好的循环性能,且本明制备工艺所需烧结温度和烧结时间更低,拥有更低的生产成本,本专利技术制备的材料电化学性能优异且具有工艺简单,快速高效、成本低廉,经济效益显著的特点。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备的预锂化的前驱体的扫描电镜图;
[0024]图2为本专利技术实施例1制备的单晶三元正极材料的扫描电镜图;
[0025]图3为本专利技术对比例1制备的前驱体扫描电镜图;
[0026]图4为本专利技术对比例1制备的单晶三元正极材料的扫描电镜图;
[0027]图5为本专利技术对比例2所用的常规单晶三元前驱体的扫描电镜图;
[0028]图6为本专利技术对比例2制备的单晶三元正极材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0029]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0030]实施例1:
[0031]一种锂离子电池单晶三元正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0032]S1、按摩尔比(Ni+Co+Mn):Li=1:0.15称取乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰,碳酸锂混合(其中Ni:Co:Mn=6:1:3),在空气气氛中300℃烧结3h,得到预锂化的前驱体,如图1所示,预锂化的前驱体一次颗粒为纳米级,疏松多孔,此种形貌前驱体活性高;
[0033]S2、按摩尔比(Ni+Co+Mn):Li=1:0.89称取预锂化的前驱体和碳酸锂本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池单晶三元正极材料的制备方法,其特征在于:所述制备方法包括以下步骤:S1、将乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰与碳酸锂按(Ni+Co+Mn):Li=1:0.05~0.3的摩尔比混合,在空气或者氧气的气氛中进行低温固相反应;得到预埋化的前驱体;S2、将所述前驱体与锂源按一定的摩尔比混合,在空气或者氧气的气氛下高温煅烧后粉碎过筛,得到单晶三元正极材料。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池单晶三元正极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤S1中乙酸镍、乙酸钴和乙酸锰至少一种含有结晶水。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池单晶三元正极材料的制备方法,其特征在于:步骤S1所述低温固相反应的反应温度为250~450℃,反应时间为2~5h。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池单晶三元正极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤S2前驱体中的Ni、Co、Mn与锂源中的Li的摩尔比为(Ni+Co+Mn):Li=1:0.7~1.05。5.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈敏邓多刘双祎唐泽勋商士波尹烨吴斌
申请(专利权)人:湖南桑瑞新材料有限公司
类型:发明
国别省市:

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