一种高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料及制备方法技术

一种高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料，化学式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体涉及一种高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料及制备方法。

技术介绍

[0002]当下社会，随着新能源汽车的快速普及，同时也给消费者带来了对续航里程的焦虑，作为锂离子电池的核心材料之一，正极材料对电池容量的贡献起着决定性作用。因此，寻找一种具备高压实、长循环、高能量密度的正极材料迫在眉睫。
[0003]高镍多晶镍钴锰铝四元正极材料不仅具备高镍多晶镍钴锰三元正极材料的高容量特点，同时还兼顾高镍多晶镍钴铝三元正极材料的良好的循环稳定性。提高高镍多晶镍钴锰铝四元正极材料的压实密度可以获得更高的能量密度，而提高正极材料的压实密度的方法主要得从材料形貌、材料粒度分布、极片工艺三方面入手，其中材料粒度分布对压实密度的提升最为明显。
[0004]如公开号为CN113394385A的专利技术专利提出了一种改性NCMA四元正极材料的制备方法。包括以下步骤：1)、SiO2原位包覆大颗粒的高镍NCMA四元前驱体；2)、预氧化小颗粒的高镍NCMA四元前驱体；3)、将步骤1的SiO2原位包覆的大颗粒的高镍NCMA四元前驱体和步骤2的预氧化的小颗粒的高镍NCMA四元前驱体按一定质量比混合，得到级配后的前驱体；4)、将步骤3的级配后的前驱体与锂源、添加剂均匀混合，在氧气气氛中烧结，得到改性NCMA四元正极材料。
[0005]公开号为CN109888235A的专利技术专利提出了一种高镍多晶与高镍单晶材料级配的方法。包括以下步骤：1)、将高镍多晶前驱体、无水LiOH、掺杂添加剂混合，进行烧结，所得产物再与包覆添加剂混合，烧结，得到高镍多晶材料；2)、将三元单晶前驱体、锂源、掺杂添加剂混合，进行烧结，所得产物再与包覆添加剂混合，烧结，得到三元单晶材料；3)、将高镍多晶材料和三元单晶材料混合，或者将混合料再与包覆添加剂混合再进行烧结。
[0006]在制备粒径D50较大的高镍多晶镍钴锰铝四元正极材料时，其对应的烧结温度较高，烧结时间较长，配锂量也要相对提高，这主要是因为大粒径D50不利于烧结过程中的锂离子扩散；而在制备粒径D50较小的高镍多晶镍钴锰铝四元正极材料时，其对应的烧结温度较低，烧结时间较短，配锂量也要相对降低，因为小粒径D50有利于烧结过程中的锂离子扩散。因此，将大小颗粒的高镍多晶镍钴锰铝四元前驱体混合后与锂源煅烧容易导致小颗粒过烧或者大颗粒烧结不充分，进而影响电性能的发挥。此外，高镍单晶镍钴锰铝四元正极材料的粒度分布一般较宽，且有少量微粉，经过长时间循环充放电后容易发生结构坍塌，导致容量衰减，因而不适合与大颗粒高镍多晶镍钴锰铝四元正极材料进行级配。
[0007]因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本专利技术所要研究解决的课题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料及制备方法。
[0009]为达到上述目的，本专利技术于产品层面采用的技术方案是：
[0010]一种高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料，化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
Al
k
O2，其中，0.88≤x＜1，0＜y＜0.12，0＜z＜0.12，0＜k＜0.005，且x+y+z+k＝1。
[0011]进一步的技术方案，D50为12～16um，振实密度为2.45～2.75g/cm3，比表面积为0.2～0.4m2/g，粒度径距1.15＜(D90
‑
D10)/D50＜1.25。
[0012]进一步的技术方案，所述正极材料由多晶镍钴锰铝四元小颗粒与多晶镍钴锰铝四元大颗粒级配而成，其中多晶镍钴锰铝四元小颗粒的质量占正极材料总质量的百分比为18～22％，多晶镍钴锰铝四元大颗粒的质量占正极材料总质量的百分比为78～82％。
[0013]进一步的技术方案，所述多晶镍钴锰铝四元小颗粒的D50
小
为3～3.8um，D10
小
≥1.5um，D90
小
≤6um，粒度径距满足0.5＜(D90
小
‑
D10
小
)/D50
小
＜0.9，振实密度为2.35～2.45g/cm3，比表面积为0.4～0.5m2/g；
[0014]所述多晶镍钴锰铝四元大颗粒的D50
大
为14.5～17.5um，D10
大
≥10um，D90
大
≤22um，粒度径距满足0.3＜(D90
大
‑
D10
大
)/D50
大
＜0.7，振实密度为2.55～2.75g/cm3，比表面积为0.2～0.3m2/g；
[0015]所述多晶镍钴锰铝四元小颗粒与所述多晶镍钴锰铝四元大颗粒还满足以下关系：3.5＜(D90
大
‑
D90
小
)/D90
小
＜4.3，3.5＜(D50
大
‑
D50
小
)/D50
小
＜3.9，3.5＜(D10
大
‑
D10
小
)/D10
小
＜4.2。
[0016]为达到上述目的，本专利技术于方法层面采用的技术方案是：
[0017]一种高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料的制备方法，包括：
[0018]步骤一、将多晶镍钴锰三元小颗粒前驱体与锂源混合均匀，在通氧气的条件下，经过600～720℃煅烧8～18h后自然冷却至室温得到多晶镍钴锰三元小颗粒，煅烧阶段的升温速率为1～5℃/min；
[0019]以及，将多晶镍钴锰铝四元大颗粒前驱体与锂源混合均匀，在通氧气的条件下，经过740～880℃煅烧20～30h后自然冷却至室温得到多晶镍钴锰铝四元大颗粒，煅烧阶段的升温速率为1～5℃/min；
[0020]步骤二、将步骤一得到的多晶镍钴锰三元小颗粒与纳米氧化铝颗粒混合均匀，在通氧气的条件下，经过450～550℃煅烧4～6h后自然冷却至室温得到多晶镍钴锰铝四元小颗粒；
[0021]步骤三、将步骤一中的多晶镍钴锰铝四元大颗粒与步骤二中的多晶镍钴锰铝四元小颗粒混合均匀后得到具有高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料。
[0022]进一步的技术方案，在所述步骤一中，多晶镍钴锰三元小颗粒前驱体的化学式为Ni
x/x+y+z
Co
y/x+y+z
Mn
z/x+y+z
(OH)2，多晶镍钴锰三元小颗粒前驱体总量和锂源的摩尔比为1:(1.01
‑
1.05)；
[0023]多晶镍钴锰铝四元大颗粒前驱体的化学式为Ni
x
Co
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压实、长循环、高能量密度多晶镍钴锰铝四元正极材料，其特征在于：化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
Al
k
O2，其中，0.88≤x＜1，0＜y＜0.12，0＜z＜0.12，0＜k＜0.005，且x+y+z+k=1。2.根据权利要求1所述的多晶镍钴锰铝四元正极材料，其特征在于：D50为12~16um，振实密度为2.45~2.75g/cm3，比表面积为0.2~0.4m2/g，粒度径距1.15＜（D90
‑
D10）/D50＜1.25。3.根据权利要求1或2所述的多晶镍钴锰铝四元正极材料，其特征在于：所述正极材料由多晶镍钴锰铝四元小颗粒与多晶镍钴锰铝四元大颗粒级配而成，其中多晶镍钴锰铝四元小颗粒的质量占正极材料总质量的百分比为18~22%，多晶镍钴锰铝四元大颗粒的质量占正极材料总质量的百分比为78~82%。4.根据权利要求3所述的多晶镍钴锰铝四元正极材料，其特征在于：所述多晶镍钴锰铝四元小颗粒的D50
小
为3~3.8um，D10
小
≥1.5um，D90
小
≤6um，粒度径距满足0.5＜（D90
小
‑
D10
小
）/D50
小
＜0.9，振实密度为2.35~2.45g/cm3，比表面积为0.4~0.5m2/g；所述多晶镍钴锰铝四元大颗粒的D50
大
为14.5~17.5um，D10
大
≥10um，D90
大
≤22um，粒度径距满足0.3＜（D90
大
‑
D10
大
）/D50
大
＜0.7，振实密度为2.55~2.75g/cm3，比表面积为0.2~0.3m2/g；所述多晶镍钴锰铝四元小颗粒与所述多晶镍钴锰铝四元大颗粒还满足以下关系：3.5＜（D90
大
‑
D90
小
）/D90
小
＜4.3，3.5＜（D50
大
‑
D50
小
）/D50
小
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李加闯，沈枭，孟一鸣，成鑫丽，刘进才，朱用，王梁梁，
申请(专利权)人：南通金通储能动力新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：