一种高镍正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本申请提供一种高镍正极材料及其制备方法和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。高镍正极材料的制备方法包括：将正极材料基体与硼酸溶液混合、固液分离，得到固体分离产物；将所述固体分离产物进行烧结，得到所述高镍正极材料；所述固液分离之后，所述固体分离产物中的水分含量为3wt%～15wt%。本申请提供的锂离子电池中包含所述高镍正极材料。通过使用硼酸溶液与正极材料基体混合，一方面可以去除正极材料基体表面的残碱，另一方面可以使硼酸与材料内部的一次颗粒相接触，那么在进行固液分离之后，不经过干燥工序、直接进行烧结，制得的高镍正极材料的内部和表面均包覆有硼酸锂，提高了材料的放电容量，进而提高了电池的电化学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种高镍正极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池
，尤其涉及一种高镍正极材料及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]近年来，新能源汽车技术日新月异的发展，对锂离子动力电池的能量密度提出了越来越高的要求。高镍三元正极材料有着稳定的电化学性能（较高的充放电容量、良好的倍率性能、较宽的电化学窗口）和良好的安全性能，逐渐成为动力电池市场的主流正极材料。然而，高镍正极材料在生产过程中由于烧结温度较低，表面碱的含量较高，需要对材料进行水洗来降低表面碱含量。
[0003]普通水洗之后得到的正极材料的电化学性能会有一定程度的降低，因此，一般还需对水洗后的材料表面进行包覆改性，提升正极材料的电化学性能。而目前大部分正极材料厂商使用水洗并进行干燥后，再进行干法包覆改性，这种工艺流程较长，且水洗后材料未经过烧结处理，所以材料的机械加工性能有一定程度下降；尤其在进行干法包覆的过程中还会导致材料微粉进一步增加，从而使正极材料的自放电变差。因此，找到一种既能降低正极材料表面残碱，实现表面包覆，又能优化正极材料自放电性能的工艺方法，具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种高镍正极材料及其制备方法和锂离子电池。相对于干法包覆的工艺而言，通过采用硼酸溶液进行水洗、包覆，缩减了工艺流程，降低了生产成本。
[0005]为实现以上目的，本申请的技术方法如下：本申请提供一种高镍正极材料的制备方法，包括：将正极材料基体与硼酸溶液混合、固液分离，得到固体分离产物；将所述固体分离产物进行烧结，得到所述高镍正极材料；所述固液分离之后，所述固体分离产物中的水分含量为3wt%～15wt%。
[0006]优选地，所述制备方法满足以下条件中的至少一个：a.所述正极材料基体的化学通式为Li
a
Ni
b
Co
c
Mn
d
O2；其中，1.01≤a≤1.06，0.8≤b≤0.9，0.05≤c≤0.18，0.02≤d≤0.15，且b+c+d=1；b.所述正极材料基体的表面含有残碱；c.所述正极材料基体与所述硼酸溶液混合之前，还包括：对所述正极材料基体进行粉碎处理。
[0007]优选地，所述制备方法还满足以下条件中的至少一个：d.所述正极材料基体的质量与所述硼酸溶液中水的质量之比为1：（0.5～1.5）；e.所述硼酸溶液中硼酸的质量是所述正极材料基体质量的0.01%～5%；f.所述正极材料基体与所述硼酸溶液混合时，包括：将所述正极材料基体加入所
或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。连接词“由
……
组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。
[0021]当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
[0022]在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
[0023]“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
[0024]“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
[0025]使用水洗干燥工艺后，再使用干法包覆来制备正极材料的工艺流程较长，且制成的正极材料性能并未得到很好地提升，因此在后续研究中逐渐将干法包覆变为湿法包覆。这主要是因为湿法包覆相对于干法包覆更均匀，且水洗之后的高镍正极材料表面的残碱量降低，所以干法包覆时会由于不均匀而导致包覆材料仅在正极材料表面的部分区域富集，从而影响锂离子的正常脱嵌。此外，湿法包覆可以渗透进入二次颗粒球体内部处的一次颗粒表面，那么经过烧结后，很可能在一次颗粒的表面形成包覆层，进而加速锂离子脱嵌的速率，减少正极材料与电解液的接触面积，即使二次颗粒球体裂开之后，仍然有效。但是干法包覆只能在二次颗粒球体的表面形成包覆，球裂或者碎球后的内部正极材料会直接与电解液接触，进而加速了正极材料与电解液的副反应。
[0026]然而，在使用硼酸溶液进行湿法包覆时，本申请专利技术人发现大多数工艺中在将硼酸溶液与正极材料进行水洗包覆之后，还会使用干燥工序，一般是将材料放在干燥箱中进行干燥，但是干燥箱在低温时的升温速率较快，且在干燥时也没有通入氧气或空气气氛，进而使得硼酸无法与含锂物质进行反应，那么在材料进行干燥时，其表面和内部的水分快速进行大量蒸发，硼酸也会随着水分的蒸发被带走一部分，导致最终包覆在材料表面的硼酸减少，加剧了尾气排放的风险。同时材料内部的一次颗粒之间由水溶液带入的硼酸也会随着水分的快速蒸发而被水带向材料的表面，导致最终硼酸只能包覆在材料表面，且在瞬间接触高温时会导致部分材料开裂，甚至出现破碎的现象。这些原因都导致最终湿法包覆后的正极材料的性能并未得到很高提升。
[0027]进一步研究之后，本申请专利技术人发现在使用硼酸溶液进行水洗过滤、和干燥之后，如果过滤后的材料水分偏低，则在过滤的水分流失同时带走了大量溶解的锂和硼酸，如果过滤后材料水分偏高，在在后续的干燥过程中也会由于瞬间高温导致锂和硼酸的损失。进
而如果干燥后的材料水分偏低，则会导致硼酸损失严重；如果干燥后材料的水分偏高，则干燥过程失去意义，浪费了大量资源和时间。对此，在充分考虑了水洗过滤和干燥后的水分对硼酸包覆的重要影响，本申请专利技术人提供了一种工艺方法，通过严格的水分控制，降低了锂和硼酸的损失，极大杜绝了资源的浪费。
[0028]本申请提供一种高镍正极材料的制备方法，包括：S1、将正极材料基体与硼酸溶液混合、固液分离，得到固体分离产物；S2、将所述固体分离产物进行烧结，得到所述高镍正极材料。
[0029]其中，特别注意的是，在固液分离之后，得到的固体分离产物中的水分含量为3wt%～15wt%，例如可以是3wt%、5wt%、8wt%、10wt%、12wt%、15wt%或者是3wt%～15wt%之间的任意值。
[0030]在一些可选的实施方式中，S1中所述的正极材料基体的化学通式为Li
a
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将正极材料基体与硼酸溶液混合、固液分离，得到固体分离产物；将所述固体分离产物进行烧结，得到所述高镍正极材料；所述固液分离之后，所述固体分离产物中的水分含量为3wt%～15wt%。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：a.所述正极材料基体的化学通式为Li
a
Ni
b
Co
c
Mn
d
O2；其中，1.01≤a≤1.06，0.8≤b≤0.9，0.05≤c≤0.18，0.02≤d≤0.15，且b+c+d=1；b.所述正极材料基体的表面含有残碱；c.所述正极材料基体与所述硼酸溶液混合之前，还包括：对所述正极材料基体进行粉碎处理。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还满足以下条件中的至少一个：d.所述正极材料基体的质量与所述硼酸溶液中水的质量之比为1：（0.5～1.5）；e.所述硼酸溶液中硼酸的质量是所述正极材料基体质量的0.01%～5%；f.所述正极材料基体与所述硼酸溶液混合时，包括：将所述正极材料基体加入所述硼酸溶液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：易亮，谭铁宁，朱高龙，华剑锋，李立国，戴锋，
申请(专利权)人：四川新能源汽车创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：