一种二元材料前驱体及其制备方法和正极材料技术

本申请涉及电池材料技术领域，提供了一种二元材料前驱体，包括镁掺杂的镍锰二元前驱体核和包覆在镁掺杂的镍锰二元前驱体核表面的包覆层，包覆层中分散有氢氧化铝，镁掺杂的镍锰二元前驱体的分子式为Ni

【技术实现步骤摘要】
一种二元材料前驱体及其制备方法和正极材料


[0001]本申请属于电池材料
，尤其涉及一种二元材料前驱体及其制备方法和正极材料。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有高的放电电压、大的放电比容量、长的循环寿命等优点，在便携式电子设备、电动汽车、储能等领域发挥着重要的作用。正极材料作为电池的四大核心材料之一，其性能的好坏直接影响电池的性能指标，三元前驱体作为正极材料的原料，其性能的好坏直接影响正极材料的性能，因此，提升三元前驱体的性能显得非常重要。
[0003]镍钴锰三元前驱体作为三元正极材料的主要原料，研究发现，镍钴锰三元正极材料，由于镍离子与锂离子的半径相近，容易出现Li
+
/Ni
2+
混排现象，从而导致材料的比容量降低和循环过程中的过渡金属溶出，这种现象在高电压下更为严重，造成镍钴锰三元正极材料在高电压循环过程中容量衰减很快。镍钴锰三元正极材料中的过渡金属元素(Mn、Co)与氧元素形成的基元，材料表面具有较强的反应活性，容易与电解液反应而造成电解液退化，导致稳定性下降。另外，钴的价格昂贵，也会增加材料的制备成本。
[0004]鉴于此，有必要提供一种价格低且电化学性能好的前驱体材料。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种二元材料前驱体及其制备方法和正极材料，旨在解决现有的三元材料前驱体存在容量衰减快、稳定性较差和成本高的问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种二元材料前驱体，包括镁掺杂的镍锰二元前驱体核和包覆在镁掺杂的镍锰二元前驱体核表面的包覆层，包覆层中分散有氢氧化铝，镁掺杂的镍锰二元前驱体核的分子式为Ni
(1
‑
x)
Mn
x
Mg
y
(OH)
2+2y
，其中，0.1≤x≤0.9，0＜y≤0.01。
[0008]第二方面，本申请提供一种二元材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0009]分别配制镁掺杂的镍锰盐溶液、铝盐溶液；
[0010]将镁掺杂的镍锰盐溶液、第一沉淀剂和络合剂并流泵入底液中进行共沉淀反应，得到含有镁掺杂的镍锰二元前驱体的反应液；
[0011]将铝盐溶液和第二沉淀剂并流泵入反应液中进行沉淀反应，得到二元材料前驱体。
[0012]第三方面，本申请提供一种正极材料，该正极材料由本申请提供的二元材料前驱体或者本申请提供的二元材料前驱体的制备方法制得的二元材料前驱体和锂源的混合物烧结形成。
[0013]与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
[0014]本申请第一方面提供的二元前驱体复合材料，包含镁掺杂的镍锰二元前驱体核和包覆在镁掺杂的镍锰二元前驱体核表面的包覆层，当其与锂源烧结时，可以形成氧化铝包
覆和镁掺杂双重改性的镍锰二元复合材料，掺杂的镁可以占据Li
+
的位置，在脱锂量逐渐增加和电压逐渐升高的过程中，Mg
2+
的支柱作用可以减轻各向异性的晶格变化，从而可以提高材料结构的稳定性；同时还可以降低Li
+
/Ni
2+
混排现象，降低Li
+
的扩散阻力，从而可以提升材料的循环性能。包覆层可以防止正极材料与电解液直接接触，可以减少循环过程中电解液对正极材料的腐蚀，从而可以进一步提高材料在循环过程中的循环稳定性；同时还可以有效防止结构坍塌，从而进一步提高材料结构的稳定性。因此，本申请的二元材料前驱体通过采用镁掺杂和氢氧化铝包覆对镍锰二元前驱体进行双重改性，可以有效改善材料的结构稳定性和循环性能。另外，镁掺杂的镍锰二元前驱体不含钴，还可以降低二元材料前驱体的成本。
[0015]本申请第二方面提供的二元材料前驱体的制备方法，先将镁掺杂的镍锰盐溶液、第一沉淀剂和络合剂并流泵入底液中进行共沉淀反应，得到含有镁掺杂的镍锰二元前驱体的反应液，然后将铝盐溶液和第二沉淀剂并流泵入反应液中进行沉淀反应，得到二元材料前驱体，因此，该制备方法简单，工艺过程易于控制，成本低，适于大规模量产。
[0016]本申请第三方面提供的正极材料，由于是利用本申请提供的二元材料前驱体和锂源的混合物烧结形成，因此本申请的正极材料具有结构稳定性好、循环性能好和成本低等优点。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本申请实施例提供的二元材料前驱体的制备方法的工艺流程图；
[0019]图2是本申请实施例1提供的二元材料前驱体的5000倍SEM图；
[0020]图3是本申请对比例1提供的二元材料前驱体的5000倍SEM图；
[0021]图4是本申请实施例和对比例提供的正极材料在0.5C电流密度下的循环性能曲线。
具体实施方式
[0022]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0023]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0024]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a
‑
b(即a和b),a
‑
c,b
‑
c,或a
‑
b
‑
c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0025]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0026]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0027]本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二元材料前驱体，其特征在于，包括镁掺杂的镍锰二元前驱体核和包覆在所述镁掺杂的镍锰二元前驱体核表面的包覆层，所述包覆层中分散有氢氧化铝，所述镁掺杂的镍锰二元前驱体核的分子式为Ni
(1
‑
x)
Mn
x
Mg
y
(OH)
2+2y
，其中，0.1≤x≤0.9，0＜y≤0.01。2.如权利要求1所述的二元材料前驱体，其特征在于，所述镁掺杂的镍锰二元前驱体核中的Ni和Mn元素总量与所述包覆层中的Al元素的摩尔比为1：(0.001～0.04)。3.如权利要求1～2任一项所述的二元材料前驱体，其特征在于，所述镁掺杂的镍锰二元前驱体核的粒径为3.5～4.5μm；和/或所述包覆层的厚度为0.05～0.2μm；和/或所述二元材料前驱体的粒径为3.55～4.7μm。4.一种如权利要求1～2任一项所述二元材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别配制镁掺杂的镍锰盐溶液、铝盐溶液；将所述镁掺杂的镍锰盐溶液、第一沉淀剂和络合剂并流泵入底液中进行共沉淀反应，得到含有镁掺杂的镍锰二元前驱体的反应液；将所述铝盐溶液和第二沉淀剂并流泵入所述反应液中进行沉淀反应，得到所述二元材料前驱体。5.如权利要求4所述的二元材料前驱体的制备方法，其特征在于，将所述镁掺杂的镍锰盐溶液、第一沉淀剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊，高琦，狄万政，陈文昌，郑江峰，
申请(专利权)人：清远佳致新材料研究院有限公司江西佳纳能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：