三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种三元正极材料及其制备方法和应用，涉及电池材料技术领域。该制备方法将各原料混合后进行共沉淀反应，将得到的反应物进行浓缩，得到前驱体浆料Ⅰ，然后采用有机隔离剂对前驱体浆料Ⅰ中的水分进行置换，将得到的前驱体浆料Ⅱ与锂源混合后涂覆于耐高温基底上，再分段烧结，得到三元正极材料；其中，前驱体浆料Ⅱ直接与锂源混合，而无需水洗和干燥，减少了废水的产生和能源的消耗，且前驱体浆料Ⅱ中有机隔离剂在烧结初期即可挥发完，故对烧结环境以及物料层的受热均匀度不会产生较大的影响；同时，混合浆料涂覆于耐高温基底表面形成薄的涂覆层，可增加烧结接触面积，降低物料烧结温度及缩短烧结时间，进一步降低能源消耗。源消耗。源消耗。

【技术实现步骤摘要】
三元正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池材料
，涉及一种三元正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，新能源领域发展迅猛，电池作为一种高效的能量转换与储存装置，广泛应用于电动汽车、便携电子设备及储能电站等领域。随着电动汽车快速发展，人们对电动汽车续航里程及锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，车用锂离子电池正极材料正往三元电池方向发展。三元正极材料因其具有高能量密度、低成本等特点逐渐成为研究热点。
[0003]三元正极材料的制备大致分为固相法和溶液法。固相法是反应原料以固相形式混合并参与反应，然后再进行高温烧结。该方法所需烧结温度高，反应时间长，合成的材料在结构和粒度分布等方面存在较大差异，故固相法逐渐被溶液法取代。溶液法主要包括溶胶
‑
凝胶法、喷雾热解法和共沉淀法等。与传统固相法相比，溶胶
‑
凝胶法原料分散均匀，且具有较低的合成和烧结温度，可制得高化学均匀性的材料，但其过程繁琐，产能低，工业化难度较大。喷雾热解法是将原料通过细小喷嘴喷入反应腔内，由于原料雾化，在一定温度下反应较快，但其设备成本较高。共沉淀法通常是将各原料以溶液状态混合，并向溶液中加入适当的沉淀剂使发生共沉淀反应，从而制得前驱体，所得到的前驱体再经水洗、干燥，然后与锂源混合烧结，得到三元正极材料(例如CN114843458A)。采用共沉淀方法可使材料达到原子或分子级别的混合，所得材料形貌均一，且由于过程控制简单，产能较大，故成为工业上制备三元正极材料较为常用的方法。但是，其还存在一些待改进的地方，例如，前驱体水洗过程会产生大量的废水，干燥和烧结过程所产生的能耗较高，且烧结后产物通常需要经过多步破碎、过筛才能得到三元材料，整个过程步骤繁多。故如何进一步减低能耗，减少废水产生，简化工艺流程，提升生产效益，是工业上制备三元正极材料亟需解决的技术问题。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足及缺陷，本专利技术旨在提供一种三元正极材料及其制备方法和应用；该制备方法在原有共沉淀方法的基础上，通过采用有机隔离剂对前驱体浆料Ⅰ中的水分进行置换，以及将得到的前驱体浆料Ⅱ直接与锂源湿法混合后进行薄层涂覆并分段烧结，得到三元正极材料；该制备过程减少了前驱体浆料水洗、干燥以及煅烧产物破碎的步骤，工艺简单可控，同时减少了废水的产生和能源的消耗，降低了制备成本，且所制得的三元正极材料电性能较好。
[0006]为了实现上述目的，采用如下的技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](a)将镍源、钴源、锰源、沉淀剂、络合剂和水按比例混合，使发生反应，反应结束后进行浓缩，得到前驱体浆料Ⅰ；
[0009](b)将有机隔离剂加入到前驱体浆料Ⅰ中，并对其进行加热，以使前驱体浆料Ⅰ中的
水分被有机隔离剂置换，得到前驱体浆料Ⅱ；其中，所述有机隔离剂的沸点比水的沸点高50
‑
100℃；
[0010](c)将锂源与前驱体浆料Ⅱ形成的混合浆料涂覆于耐高温基底上，然后在氧气或空气气氛中对其进行分段烧结，将烧结得到的物料与耐高温基底分离，得到三元正极材料。
[0011]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础上，步骤(a)中，所述沉淀剂包括氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢钠中的至少一种；
[0012]和/或，所述络合剂包括一水合氨、单乙醇胺或氨三乙酸钠中的至少一种；
[0013]和/或，所述前驱体浆料Ⅰ的固含量为75
‑
85wt％。
[0014]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础上，步骤(b)中，所述有机隔离剂包括乙二醇、苯甲醚或苯乙醚中的至少一种；
[0015]和/或，所述有机隔离剂与前驱体浆料Ⅰ中的水的质量比为(1.2
‑
2.0)：1。
[0016]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础上，步骤(b)中，加热的温度为100
‑
130℃，加热的时间4
‑
8h；
[0017]和/或，所述前驱体浆料Ⅱ的固含量为70
‑
90wt％。
[0018]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础上，步骤(c)中，混合浆料在耐高温基底表面的涂覆厚度为2
‑
10cm；
[0019]和/或，所述耐高温基底为表面镀镍高温传送带。
[0020]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础上，步骤(c)中，所述分段烧结包括依次进行一段烧结、二段烧结、三段烧结、四段烧结和五段烧结。
[0021]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础上，所述一段烧结的温度为80
‑
120℃，时间为0.5
‑
1h；
[0022]和/或，所述二段烧结的温度为150
‑
300℃，时间为1
‑
2h；
[0023]和/或，所述三段烧结的温度为400
‑
600℃，时间为1
‑
2h；
[0024]和/或，所述四段烧结的温度为650
‑
850℃，时间为2
‑
4h；
[0025]和/或，所述五段烧结的温度为400
‑
600℃，时间为0.2
‑
0.5h。
[0026]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础上，步骤(c)中，将烧结得到的物料与耐高温基底分离后，先进行酸洗，再进行干燥，得到三元正极材料；
[0027]酸洗所采用的酸包括次磷酸、冰醋酸或硼酸中的至少一种。
[0028]本专利技术还提供了一种三元正极材料，采用上述三元正极材料的制备方法的制得。
[0029]本专利技术还提供了上述三元正极材料在锂离子电池领域中的应用。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的技术方案至少具有以下技术效果：
[0031](1)本专利技术提供了一种三元正极材料的制备方法，先将各原料按比例混合后进行共沉淀反应，将反应得到的反应物进行浓缩，得到前驱体浆料Ⅰ，然后将有机隔离剂加入到前驱体浆料Ⅰ中以对前驱体浆料Ⅰ中的水分进行置换，将得到的前驱体浆料Ⅱ与锂源混合后得到的混合浆料涂覆于耐高温基底上，再进行分段烧结，得到三元正极材料；其中，采用有机隔离剂对前驱体浆料Ⅰ中的水分进行置换，所得到的前驱体浆料Ⅱ直接与锂源混合，而无需水洗和干燥，减少了废水的产生和能源的消耗，且前驱体浆料Ⅱ中有机隔离剂在烧结初期即可挥发完，故对烧结环境以及物料层的受热均匀度不会产生较大的影响；同时，混合浆料涂覆于耐高温基底表面形成薄的涂覆层，可增加烧结接触面积，降低物料烧结温度及缩
短烧结时间，可进一步降低能源消耗。另外，由于涂覆层较薄，后续烧结得到的物料可直接经过超声过筛处理即可，而无需经过多步粉碎，大大简化了工艺步骤。
[0032](2)本专利技术还提供了一种三元正极材料，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将镍源、钴源、锰源、沉淀剂、络合剂和水按比例混合，使发生反应，反应结束后进行浓缩，得到前驱体浆料Ⅰ；(b)将有机隔离剂加入到前驱体浆料Ⅰ中，并对其进行加热，以使前驱体浆料Ⅰ中的水分被有机隔离剂置换，得到前驱体浆料Ⅱ；其中，所述有机隔离剂的沸点比水的沸点高50
‑
100℃；(c)将锂源与前驱体浆料Ⅱ形成的混合浆料涂覆于耐高温基底上，然后在氧气或空气气氛中对其进行分段烧结，将烧结得到的物料与耐高温基底分离，得到三元正极材料。2.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述沉淀剂包括氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢钠中的至少一种；和/或，所述络合剂包括一水合氨、单乙醇胺或氨三乙酸钠中的至少一种；和/或，所述前驱体浆料Ⅰ的固含量为75
‑
85wt％。3.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述有机隔离剂包括乙二醇、苯甲醚或苯乙醚中的至少一种；和/或，所述有机隔离剂与前驱体浆料Ⅰ中的水的质量比为(1.2
‑
2.0)：1。4.根据权利要求1所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，加热的温度为100
‑
130℃，加热的时间4
‑
8h；和/或，所述前驱体浆料Ⅱ的固含量为70
‑
90wt％。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(c)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文东，余思培，王强，周雷，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：