三元正极材料前驱体及其制备方法、三元正极材料和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，具体而言，涉及一种三元正极材料前驱体及其制备方法、三元正极材料和锂离子电池。包括：在含有镍离子、钴离子和锰离子的混合盐溶液中加入镁源，搅拌进行离子交换反应，水洗、干燥后得到所述三元正极材料前驱体；其中，所述镁源中Mg的摩尔量大于或等于所述混合盐溶液中金属离子的摩尔量的总和。该方法不使用络合剂和沉淀剂，不会造成局部浓度偏高的现象，利用氧化镁与水反应生成了氢氧化镁，同时氢氧化镁为层状结构，溶液中游离的镍离子、钴离子、锰离子在溶度积常数差异的推动下会自发与氢氧化镁发生离子交换反应，得到镍钴锰三元氢氧化物，是一种简单、高效、无外加溶剂的三元正极材料前驱体的制备方法。体的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
三元正极材料前驱体及其制备方法、三元正极材料和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体而言，涉及一种三元正极材料前驱体及其制备方法、三元正极材料和锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着全球范围内新能源汽车市场的火爆，动力电池领域也迎来了崭新的发展阶段。锂离子电池具有诸多优势，是动力电池领域的佼佼者。锂离子电池主要由四部分构成：正极材料、负极材料、隔膜以及电解液。其中，正极材料约占整体电池成本的40％。目前市场主流的正极材料分为两大类：磷酸铁锂材料以及三元材料。其中，三元材料具有更高的理论比容量以及工作电压，可以更好满足锂离子电池对于高能量密度的需求。三元材料的制备涉及前驱体以及锂源，前驱体的特性直接决定了最终三元材料的性能表现。目前三元材料前驱体的主流合成方法为共沉淀法，即在金属盐溶液中，加入碱源以及络合剂获得前驱体沉淀。除此之外，还有溶液凝胶法等。
[0003]现有的共沉淀法、溶液凝胶法大多需要加入碱源以及络合物质。如中国专利CN113620351A利用有机膦酸盐溶液和氨水的混合溶液作为络合剂制备了镍钴锰三元材料前驱体，该方法所使用的络合剂涉及到有机溶剂，使得体系更加复杂，且成本上升。再如中国专利CN114604908A使用一种聚苯乙烯高分子微球为模板，结合共沉淀法制备得到形貌尺寸均匀的镍钴锰三元材料前驱体，该方法所使用的聚苯乙烯微球模板难以完全去除，影响产品纯度。中国专利CN114560515A使用溶液凝胶法制备了铝包覆型三元材料前驱体，合成过程中利用柠檬酸
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>乙二醇溶液形成溶液凝胶体系，随后与铝溶胶混合干燥得到铝包覆三元材料前驱体。可以看出共沉淀法以及溶液凝胶法等方法大多涉及到复杂有机溶剂的添加，使得成本上升；同时碱源的加入可能导致体系局部浓度偏高，使得产物均一性降低。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种三元正极材料前驱体的制备方法，该方法不使用络合剂和沉淀剂，不会造成局部浓度偏高的现象，利用氧化镁与水反应生成了氢氧化镁，同时氢氧化镁为层状结构，溶液中游离的镍离子、钴离子、锰离子在溶度积常数差异的推动下会自发与氢氧化镁发生离子交换反应，得到镍钴锰三元氢氧化物，是一种简单、高效、无外加溶剂的三元正极材料前驱体的制备方法。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供一种三元正极材料前驱体，该前驱体中还包括了未能完全清除的Mg掺杂其中，可以起到抑制锂镍混排的作用。
[0007]本专利技术的第三目的在于提供一种由上述前驱体烧结得到的三元正极材料，该三元正极材料由于氢氧化镁为层状结构而具有片状结构，片状结构可以大幅缩小锂离子迁移路程，提高锂离子的扩散系数，提升克容量的发挥。可以预见的是，该方法对于正极材料的降
本以及产能的提升有极大的促进作用。
[0008]本专利技术的第四目的在于提供包括如上所述的三元正极材料的锂离子电池。
[0009]本专利技术的第五目的在于提供包括如上所述的锂离子电池的用电设备。
[0010]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0011]三元正极材料前驱体的制备方法，包括：
[0012]在含有镍离子、钴离子和锰离子的混合盐溶液中加入镁源，搅拌进行离子交换反应，水洗、干燥后得到所述三元正极材料前驱体；
[0013]其中，所述镁源中Mg的摩尔量大于或等于所述混合盐溶液中金属离子的摩尔量的总和。
[0014]优选地，所述镁源包括氧化镁、氯化镁、碳酸镁和碱式碳酸镁中的至少一种。
[0015]优选地，所述镍离子、所述钴离子和所述锰离子的摩尔比为1～18：1～2：1～3。
[0016]优选地，所述离子交换反应在室温条件下或加热的条件下进行。
[0017]优选地，所述镍离子的来源包括硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的至少一种。
[0018]优选地，所述钴离子的来源包括硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的至少一种。
[0019]优选地，所述锰离子的来源包括硫酸锰、硝酸锰和氯化锰中的至少一种。
[0020]三元正极材料前驱体，由所述的制备方法制得。
[0021]三元正极材料，由所述的三元正极材料前驱体与锂源烧结得到。
[0022]锂离子电池，包括所述的三元正极材料。
[0023]用电设备，包括所述的锂离子电池。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025](1)本专利技术所提供的三元正极材料前驱体的制备方法，不使用络合剂和沉淀剂，不会造成局部浓度偏高的现象，利用氧化镁与水反应生成了氢氧化镁，同时氢氧化镁为层状结构，溶液中游离的镍离子、钴离子、锰离子在溶度积常数差异的推动下会自发与氢氧化镁发生离子交换反应，得到镍钴锰三元氢氧化物，是一种简单、高效、无外加溶剂的三元正极材料前驱体的制备方法。
[0026](2)本专利技术所提供的三元正极材料前驱体还包括了未能完全清除的Mg掺杂其中，可以起到抑制锂镍混排的作用。
[0027](3)本专利技术所提供的前驱体烧结得到的三元正极材料，该三元正极材料由于氢氧化镁为层状结构而具有片状结构，片状结构可以大幅缩小锂离子迁移路程，提高锂离子的扩散系数，提升克容量的发挥。
具体实施方式
[0028]下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0029]本专利技术所提供的三元正极材料前驱体的制备方法，包括：
[0030]在含有镍离子、钴离子和锰离子的混合盐溶液中加入镁源，搅拌进行离子交换反应，水洗、干燥后得到所述三元正极材料前驱体；
[0031]其中，所述镁源中Mg的摩尔量大于或等于所述混合盐溶液中金属离子的摩尔量的总和；
[0032]本专利技术中离子交换法制备三元正极材料前驱体的原理：在可溶性金属盐溶液中，氧化镁粉末与水反应生成了氢氧化镁，同时氢氧化镁为层状结构。由于氢氧化镁的溶度积常数大于氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰的溶度积常数。因此溶液中游离的镍离子、钴离子、锰离子在溶度积常数差异的推动下会自发与氢氧化镁发生离子交换反应，最终得到镍钴锰三元氢氧化物。经水洗除去残留的阴离子以及镁离子后，干燥得到镍钴锰三元正极材料前驱体。
[0033]此外，氢氧化镁具有层状结构，发生离子交换后得到的三元正极材料的前驱体，也具有片状结构，而现有共沉淀法生成的前驱体或者正极材料均为颗粒状，本专利技术的方法还能够从微观形貌上控制的三元正极材料的性状，使其具有更好的电学性能。
[0034]在水洗的过程中，并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括：在含有镍离子、钴离子和锰离子的混合盐溶液中加入镁源，搅拌进行离子交换反应，水洗、干燥后得到所述三元正极材料前驱体；其中，所述镁源中Mg的摩尔量大于或等于所述混合盐溶液中金属离子的摩尔量的总和；优选地，所述镁源包括氧化镁、氯化镁、碳酸镁和碱式碳酸镁中的至少一种。2.根据权利要求1所述的三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述镍离子、所述钴离子和所述锰离子的摩尔比为1～18：1～2：1～3。3.根据权利要求1所述的三元正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述离子交换反应在室温条件下或加热的条件下进行。4.根据权利要求1所述的三元正极材料前驱体的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，杨红新，刘静，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：