一种接枝型正极材料前驱体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种接枝型正极材料前驱体及其制备方法和应用，其结构式为A(OH)2‑

【技术实现步骤摘要】
一种接枝型正极材料前驱体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种接枝型正极材料前驱体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池在日常生活中应用越来越广泛。目前，锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰酸锂等。不同类型的正极材料，具有不同的电化学性能，匹配不同的应用场景。
[0003]随着锂离子电池的应用场景不断扩展，单一正极材料制造的锂离子电池已经很难同时在性能上和成本上满足各细分领域的要求。多种正极材料(一般为两种)混合起来通常能够达到成本控制和性能需求的平衡点。目前常用的方法也是直接将几种正极材料根据需求按不同的比例混合起来使用。但此种方法仍存在以下问题：1)混合材料的调浆工艺问题；2)极片内部正极材料分散均匀性问题；3)充放电过程中不同材料在相同电压下的脱嵌锂行为对极片结构的稳定性、电池宏观电性能一致性的影响。
[0004]有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于：提供一种接枝型正极材料前驱体，以解决目前锂离子电池应用过程中多种正极材料混合使用时存在的浆料分散不均、极片均匀性差和材料电化学性能不一致的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种接枝型正极材料前驱体，其结构式为A(OH)2‑
R
‑
BCO3，A和B为Ni1‑
a
‑
b
Co
a
Mn
b
Z
c
，其中0≤a≤1；0≤b≤1；0＜a+b≤1；0≤c≤1，且A中的镍、钴、锰的摩尔比不同于B中的镍、钴、锰的摩尔比，Z为Al、Mg、Ti、B、Zr、Bi、Mo、P、F、稀土元素中的至少一种；R为包括Ni、Co、Mn、Al、Mg、Si、Ti、B、Zr、Bi、Mo、P、稀土元素中的至少一种元素的接枝剂。
[0008]优选的，所述R的质量为A(OH)2和BCO3质量之和的1～10％。
[0009]优选的，A(OH)2与BCO3的质量比为1:99～99:1。
[0010]优选的，所述R为(M
x
N
y
)CO3或(M
x
N
y
)(OH)2，0＜x＜1；0＜y＜1；0＜x+y≤1；M和N选自不同的元素，为Ni、Co、Mn、Al、Mg、Si、Ti、B、Zr、Bi、Mo、P、稀土元素中的至少一种元素。
[0011]本专利技术的目的之二在于：提供一种由上述所述的接枝型正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、将含镍盐、钴盐、锰盐和Z盐的水溶液与氢氧化物水溶液混合反应，控制反应过程中溶液的pH为10～13，陈化，抽滤得氢氧化物型盐A(OH)2；
[0013]S2、将含镍盐、钴盐、锰盐和Z盐的水溶液与碳酸盐水溶液混合反应，控制反应过程中溶液的pH为6～9，陈化，抽滤得碳酸盐型盐BCO3；
[0014]S3、将所述氢氧化物型盐A(OH)2与碳酸盐型盐BCO3混合于25～70℃下制成浆料；在
浆料中加入用于液相反应形成接枝剂R的溶液并搅拌反应30～90min，洗涤干燥，得接枝型正极材料前驱体A(OH)2‑
R
‑
BCO3。
[0015]优选的，步骤S1中，所述氢氧化物型盐A(OH)2的制备方法为：将含镍盐、钴盐、锰盐和Z盐的水溶液和氢氧化物水溶液分别以1～2mL/min的速度加入含水的反应器中，在惰性气氛中于30～80℃下持续搅拌反应，控制反应过程中溶液的pH为10～13，加料结束后持续搅拌陈化10～36h，真空抽滤得氢氧化物型盐A(OH)2。
[0016]优选的，步骤S2中，所述碳酸盐型盐BCO3的制备方法为：将含镍盐、钴盐、锰盐和Z盐的水溶液和碳酸盐水溶液分别以1～2mL/min的速度加入含水的反应器中，在惰性气氛中于30～80℃下持续搅拌反应，控制反应过程中溶液的pH为6～9，加料结束后持续搅拌陈化10～36h，真空抽滤得碳酸盐型盐BCO3。
[0017]优选的，步骤S3中，用于液相反应形成接枝剂R的溶液包括第一溶液和第二溶液，所述第一溶液为钴盐和锰盐的混合溶液，所述第二溶液为碳酸氢钠溶液或氢氧化钠溶液，所述第一溶液和第二溶液通过液相反应形成接枝剂R以将所述氢氧化物型盐A(OH)2与碳酸盐型盐BCO3进行接枝。
[0018]优选的，步骤S3中，先将所述第一溶液和第二溶液分别以0.5mL/min、3.5mL/min的速率同时泵入浆料中进行预反应，然后再将剩余所述第一溶液和第二溶液泵入浆料中继续搅拌反应，洗涤干燥，得接枝型正极材料前驱体A(OH)2‑
R
‑
BCO3。
[0019]本专利技术的目的之三在于，提供一种接枝型正极材料的制备方法，将上述所述的接枝型正极材料前驱体与锂盐混合，于750～950℃下烧结6～24h，冷却，研磨，得接枝型正极材料。
[0020]优选的，烧结条件为：先以5～7℃/min的速率升温至750～800℃，保温2～6h；再以2～6℃/min的速率升温至900～950℃，保温10～24h。
[0021]本专利技术的目的之四在于，提供一种由上述所述的接枝型正极材料的制备方法制备得到的接枝型正极材料。
[0022]本专利技术的目的之五在于，提供一种包括上述所述的接枝型正极材料的正极片。
[0023]本专利技术的目的之六在于，提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片和间隔于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片为上述所述的正极片。
[0024]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的氢氧化物型盐接枝碳酸盐型盐的正极材料前驱体，通过前驱体端接枝的方式，达到将不同类型材料均匀混合的目的，即在接枝剂的作用下通过化学法将氢氧化物型盐正极材料前驱体与碳酸盐型盐正极材料前驱体偶联在一起，融合形成一个全新而稳定的正极材料前驱体。以这种新型接枝型前驱体制备的正极材料中，两种不同类型的正极材料融合生长为一个整体形成接枝型正极材料，因此在接枝型正极材料调制浆料的过程中避免混合组分分散不均匀的问题，亦不存在混合组分在极片内部偏析的问题，在电化学上具有一样的电势，由此解决了目前锂离子电池应用中多种正极材料混合使用时存在的浆料分散不均、极片均匀性差和材料电化学性能不一致的问题。同时，由于不同类型的正极材料具有不同的电化学性能，通过此种接枝型前驱体的制备方法，可以设计和制备特定性能的正极材料。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1接枝型正极材料前驱体的SEM图。
[0026]图2为本专利技术实施例1接枝型正极材料前驱体的XRD图。
[0027]图3为本专利技术实施例1接枝型正极材料的SEM图。
[0028]图4为本专利技术实施例1接枝型正极材料的XRD图。
[0029]图5为本专利技术实施例4接枝型正极材料前驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种接枝型正极材料前驱体，其特征在于，其结构式为A(OH)2‑
R
‑
BCO3，A和B为Ni1‑
a
‑
b
Co
a
Mn
b
Z
c
，其中0≤a≤1；0≤b≤1；0＜a+b≤1；0≤c≤1，且A中的镍、钴、锰的摩尔比不同于B中的镍、钴、锰的摩尔比，Z为Al、Mg、Ti、B、Zr、Bi、Mo、P、F、稀土元素中的至少一种；R为包括Ni、Co、Mn、Al、Mg、Si、Ti、B、Zr、Bi、Mo、P、稀土元素中的至少一种元素的接枝剂。2.根据权利要求1所述的接枝型正极材料前驱体，其特征在于，所述R的质量为A(OH)2和BCO3质量之和的1～10％。3.根据权利要求1所述的接枝型正极材料前驱体，其特征在于，A(OH)2与BCO3的质量比为1:99～99:1。4.根据权利要求1所述的接枝型正极材料前驱体，其特征在于，所述R为(M
x
N
y
)CO3或(M
x
N
y
)(OH)2，0＜x＜1；0＜y＜1；0＜x+y≤1；M和N选自不同的元素，为Ni、Co、Mn、Al、Mg、Si、Ti、B、Zr、Bi、Mo、P、稀土元素中的至少一种元素。5.一种由权利要求1～4任一项所述的接枝型正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将含镍盐、钴盐、锰盐和Z盐的水溶液与氢氧化物水溶液混合反应，控制反应过程中溶液的pH为10～13，陈化，抽滤得氢氧化物型盐A(OH)2；S2、将含镍盐、钴盐、锰盐和Z盐的水溶液与碳酸盐水溶液混合反应，控制反应过程中溶液的pH为6～9，陈化，抽滤得碳酸盐型盐BCO3；S3、将所述氢氧化物型盐A(OH)2与碳酸盐型盐BCO3混合于25～70℃下制成浆料；在浆料中加入用...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵孝连，方刚，
申请(专利权)人：贵州高点科技有限公司，
类型：发明
国别省市：