三元材料前驱体及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种三元材料前驱体及其应用，所述三元材料前驱体的基面001面与端面102面的晶面强度比值为M，且1.2＜M＜2.5。本发明专利技术通过控制三元材料前驱体的晶体结构，改变三元材料前驱体一次颗粒的堆积情况，控制基面001面与端面102面的晶面强度比值，提高了Li

Ternary material precursor and its application

【技术实现步骤摘要】
三元材料前驱体及其应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种前驱体，尤其涉及一种三元材料前驱体及其应用。

技术介绍

[0002]三元材料LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2具有较高的理论比容量274mAh/g，高的反应平台电压3.0
‑
4.4V，优秀的反应动力学，被广泛应用于高能量密度的动力电池体系中。为兼顾三元材料本身的安全性能，往往会把三元材料中的的Ni含量，即x 值控制在0.7以下。同时，考虑到在原材料中，Co作为一种稀有矿物资源而日益供不应求，因此，原材料中Co含量，即y值一般控制在0.15以下。
[0003]三元材料中，容量的发挥主要由Ni含量决定，Ni的降低会导致材料容量发挥降低，从而进一步降低电池整体的能量密度。Co含量的降低会降低材料整体导电性，提高锂离子在晶格中的扩散势垒，从而带来严重的反应动力学迟滞问题，最终影响电池的容量发挥。
[0004]基于以上研究，需要提供一种三元材料前驱体，来解决三元材料中钴含量和镍含量降低对三元材料带来性能降低的问题，从而降低电池极化，避免电阻及低温性能的恶化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种三元材料前驱体及应用，通过控制三元材料前驱体的晶体结构，改变前驱体一次颗粒的堆积情况，降低电阻，改善低温性能，从而提升电池的综合性能。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种三元材料前驱体，所述三元材料前驱体的基面001面与端面102面的晶面强度比值为M，且1.2＜M＜2.5。
[0008]本专利技术通过改善三元材料前驱体的晶体结构，改变三元材料前驱体一次颗粒的堆积情况，控制基面001面与端面102面的晶面强度比值，将Li
+
通道102 端面暴露出，来提高Li
+
扩散速率，降低电阻，改善三元材料的低温性能，解决钴含量和镍含量降低，给三元材料带来的极化大，电阻恶化，容量降低以及低温性能恶化的问题。
[0009]所述1.2＜M＜2.5，例如可以是1.3、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2或2.4，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0010]优选地，所述三元材料前驱体的组成包括Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，其中0.56≤x ≤0.60，例如可以是0.56、0.57、0.58、0.59或0.60，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，0.05≤y≤0.15，例如可以是0.05、0.07、 0.09、0.10、0.12、0.14或0.15，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0011]本专利技术控制所述三元材料前驱体的元素比例范围，能够提高成品电池的安全性，又能减少稀有元素Co元素的使用。
[0012]优选地，所述三元材料前驱体的组成还包括含量为1400ppm至2200ppm的 Zr，例如
可以是1400ppm、1600ppm、1900ppm、2000ppm或2200ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0013]优选地，所述三元材料前驱体的组成还包括表面Ti，以及表面游离锂。
[0014]优选地，所述表面Ti的含量为1000ppm至1500ppm，例如可以是1000ppm、 1100ppm、1200ppm、1300ppm、1400ppm或1500ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0015]优选地，所述表面游离锂的含量为150ppm至1000ppm，例如可以是150ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm或 1000ppm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0016]本专利技术所述三元材料前驱体还包括Zr元素，表面Ti元素，以及表面游离锂，控制上述元素含量范围，能够进一步使得到的三元材料应用在电池中，获得优异的电化学性能表现。
[0017]本专利技术所述三元材料前驱体的制备方法包括如下步骤：
[0018]按配方量将镍盐溶液、锰盐溶液、钴盐溶液、络合剂溶液和沉淀剂溶液分别加入到反应釜中，采用氨水控制体系的pH进行共沉淀反应，再经洗涤、干燥、混批、过筛和除磁，得到所述三元材料前驱体。
[0019]优选地，所述氨水的浓度为2g/L至3g/L，例如可以是2g/L、2.1g/L、2.2g/L、 2.3g/L、2.4g/L、2.5g/L、2.6g/L、2.7g/L、2.8g/L、2.9g/L或3g/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述体系的pH为11.8至12.2，例如可以是11.8、11.9、12.0、12.1 或12.2，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]本专利技术通过共沉淀法制备三元材料前驱体，通过改变氨水的浓度，以及体系的pH值，来控制得到的三元材料前驱体的晶体结构。
[0022]本专利技术所述体系中还添加硫酸镍钴锰盐，来得到目标元素比例的产物。
[0023]第二方面，本专利技术提供了一种三元材料，所述三元材料的制备原料包括如第一方面所述的三元材料前驱体。
[0024]优选地，所述三元材料的组成包括LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，其中，0.56≤x≤0.60，例如可以是0.56、0.57、0.58、0.59或0.60，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，0.05≤y≤0.15，例如可以是0.05、0.07、0.09、 0.10、0.12、0.14或0.15，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述三元材料的组成还包括Ti和Zr。
[0026]本专利技术所述三元材料同样控制与三元材料前驱体相同的元素比例范围，使成品电池的安全性能得到提升。
[0027]第三方面，本专利技术提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括如第二方面所述的三元材料。
[0028]优选地，所述电化学装置的正极片包括质量比为(90至99):1:0.5:1的三元材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯，例如可以是90:1:0.5:1、92:1:0.5:1、 94:1:0.5:1、96:1:0.5:1、98:1:0.5:1或99:1:0.5:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0029]优选地，所述电化学装置的负极片包括质量比为(90至99):1:1.5:2的石墨、导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元材料前驱体，其特征在于，所述三元材料前驱体的基面001面与端面102面的晶面强度比值为M，且1.2＜M＜2.5。2.根据权利要求1所述的三元材料前驱体，其特征在于，所述三元材料前驱体的组成包括Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)2，其中0.56≤x≤0.60，0.05≤y≤0.15。3.根据权利要求1或2所述的三元材料前驱体，其特征在于，所述三元材料前驱体的组成还包括含量为1400ppm至2200ppm的Zr。4.根据权利要求3所述的三元材料前驱体，其特征在于，所述三元材料前驱体的组成还包括表面Ti，以及表面游离锂。5.根据权利要求4所述的三元材料前驱体，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨元婴，孙化雨，杨文龙，朱呈岭，莫方杰，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：