三元正极材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种三元正极材料、其制备方法及应用。制备方法包括：Ni

【技术实现步骤摘要】
三元正极材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种三元正极材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命等突出优势被广泛应用于便携式设备、电动汽车以及大规模储能领域。然而，锂离子电池对外界温度敏感，尤其是在较低的工作温度下，能量密度和功率密度急剧下降，这严重限制了其在寒冷地区的应用。同时，随着电动汽车市场的快速扩张，与电动汽车相关的问题越来越突出，其中一个最为严峻的问题是充电时间过长，对快充对需求越来越迫切。
[0003]磷酸铁锂正极的低温性能极差，且能量密度偏低，而镍钴锰酸锂三元正极材料具有高能量密度以及较好的低温性能而备受关注。因此，亟需提供一款三元正极材料以解决低温高倍率下的应用电池的锂沉积以及离子固相扩散减慢的问题，从而降低电池的极化内阻增长，使得电池具有优异的低温下高倍率快速充放电性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种三元正极材料、其制备方法及应用，以解决现有技术中锂离子电池低温性能差、充放电速率慢的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种三元正极材料的制备方法，其包括以下步骤：S1，将前驱体Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
(OH)2与氢氧化锂进行混合，其次进行烧结处理，得到基体材料；其中，0.7≤a＜1、0＜b＜0.2；S2，将三氟化硼乙醚、环氧丙烷和三羟甲基丙烷
‑
聚乙二醇单甲醚进行第一反应，得到第一反应物；将修饰液与第一反应物进行第二反应，得到第二反应物；将第二反应物进行固液分离、干燥清液得到修饰二元醇；其中，修饰液为环糊精和碱溶液的混合物；S3，以λ
‑
MnO2和锂源混合料为芯层，使用1,5
‑
戊二醇与1,6
‑
己二醇的聚碳酸酯二醇共聚物包覆于芯层表面，得到二元醇包合料；S4，将基体材料与第一异氰酸酯进行混合，进行第一次干燥后得到第一固料；然后将二元醇包合料与第一固料进行第一聚合反应，得到预改性三元正极材料；S5，将预改性三元正极材料与第二异氰酸酯进行混合，进行第二次干燥后得到第二固料；将修饰二元醇与第二固料进行第二聚合反应，得到三元正极材料。
[0006]进一步地，步骤S1包括：将前驱体Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
(OH)2与氢氧化锂进行混合，其次在富氧气氛下进行烧结处理，然后粉碎、过筛得到基体材料；其中，富氧气氛的氧气含量≥93vol％；优选地，基体材料的粒度测试值满足(D90
‑
D10)/D50≤1.6；优选地，前驱体Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
(OH)2与氢氧化锂的重量比为2.02～2.74:1。
[0007]进一步地，烧结处理包括依次进行的升温阶段、第一保温阶段、第一降温阶段、第二保温阶段和第二降温阶段；其中，优选地，升温阶段的升温速率为10～40℃/h；优选地，第一保温阶段的温度为750～900℃，第一保温阶段的时间为15～20h；优选地，第一降温阶段
的降温速率为100～200℃/h；优选地，第二保温阶段的温度为400～600℃，第二保温阶段的时间为5～10h；优选地，第二降温阶段的降温速率为10～50℃/h。
[0008]进一步地，三氟化硼乙醚、环氧丙烷和三羟甲基丙烷
‑
聚乙二醇单甲醚的重量比为1:2～8:50～200；优选地，三氟化硼乙醚和修饰液的重量比为1:20～50。
[0009]进一步地，三羟甲基丙烷
‑
聚乙二醇单甲醚的平均分子量为500～3000。
[0010]进一步地，第一反应的温度为40～60℃，时间为1～2h；优选地，第二反应的温度为80～100℃，时间为4～8h。
[0011]进一步地，修饰液由环糊精和碱溶液按照重量比为1：3～9混合后得到；优选地，混合温度为60～80℃，时间为3～6h；优选地，环糊精为α
‑
环糊精、β
‑
环糊精、γ
‑
环糊精中的一种或多种；优选地，碱溶液为氨水和/或氢氧化钠水溶液；更优选地，碱溶液的质量浓度为15～45wt％；优选地，干燥清液的步骤为：向清液中加入无水乙醇后进行真空旋蒸浓缩，其次置于50～80℃下真空干燥。
[0012]进一步地，λ
‑
MnO2和锂源的重量比为0.3～0.5:0.1；优选地，λ
‑
MnO2和1,5
‑
戊二醇与1,6
‑
己二醇的聚碳酸酯二醇共聚物的重量比为0.3～0.5:3～5；更优选地，1,5
‑
戊二醇与1,6
‑
己二醇的聚碳酸酯二醇共聚物的平均分子量为1000～8000；最优选地，锂源为高氯酸锂和/或双三氟甲烷磺酰亚胺锂。
[0013]进一步地，λ
‑
MnO2由以下方法制备得到：将LiMn2O4和盐酸按照LiMn2O4与H
+
的摩尔比为1:18～24的比例进行混合，其次进行脱锂处理，得到λ
‑
MnO2；其中，LiMn2O4的D50为1～5nm；优选地，脱锂处理在30～100℃下进行，处理时间为1～10h。
[0014]进一步地，基体材料与第一异氰酸酯的重量比为1:0.3～0.9；优选地，第一异氰酸酯与二元醇包合料的重量比为0.3～0.9:1～1.2；优选地，第一异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯和/或异佛尔酮二异氰酸酯；优选地，第一次干燥在真空干燥箱中进行，干燥温度为40～60℃，干燥时间为15～30min。
[0015]进一步地，第二异氰酸酯和预改性三元正极材料的重量比为1～3:6；优选地，第二异氰酸酯与修饰二元醇的重量比为1～3:0.5～0.8；优选地，第二异氰酸酯为L
‑
赖氨酸乙酯二异氰酸酯；优选地，第二次干燥在真空干燥箱中进行，干燥温度为50～80℃，干燥时间为5～10min。
[0016]进一步地，步骤S3包括：将λ
‑
MnO2和锂源进行球磨处理，其次与1,5
‑
戊二醇与1,6
‑
己二醇的聚碳酸酯二醇共聚物于100～120℃下搅拌4～6h。
[0017]进一步地，第一聚合反应的温度为110～140℃，时间为1～2h；由第一聚合反应在基体材料的表面得到第一聚合物层，优选第一聚合物层的厚度为10～30nm。
[0018]进一步地，第二聚合反应的温度为100～120℃，时间为10～20min；优选地，将修饰二元醇与第二固料进行混合后，进行旋涂，得到湿膜，以进行第二聚合反应；更优选地，湿膜的厚度为10～30μm；由第二聚合反应在预改性三元正极材料本文档来自技高网...

【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：S1，将前驱体Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
(OH)2与氢氧化锂进行混合，其次进行烧结处理，得到基体材料；其中，0.7≤a＜1、0＜b＜0.2；S2，将三氟化硼乙醚、环氧丙烷和三羟甲基丙烷
‑
聚乙二醇单甲醚进行第一反应，得到第一反应物；将修饰液与所述第一反应物进行第二反应，得到第二反应物；将所述第二反应物进行固液分离、干燥清液得到修饰二元醇；其中，所述修饰液为环糊精和碱溶液的混合物；S3，以λ
‑
MnO2和锂源混合料为芯层，使用1,5
‑
戊二醇与1,6
‑
己二醇的聚碳酸酯二醇共聚物包覆于所述芯层表面，得到二元醇包合料；S4，将所述基体材料与第一异氰酸酯进行混合，进行第一次干燥后得到第一固料；然后将所述二元醇包合料与所述第一固料进行第一聚合反应，得到预改性三元正极材料；S5，将所述预改性三元正极材料与第二异氰酸酯进行混合，进行第二次干燥后得到第二固料；将所述修饰二元醇与所述第二固料进行第二聚合反应，得到所述三元正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：将所述前驱体Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
(OH)2与所述氢氧化锂进行混合，其次在富氧气氛下进行烧结处理，然后粉碎、过筛得到基体材料；其中，所述富氧气氛的氧气含量≥93vol％；优选地，所述基体材料的粒度测试值满足(D90
‑
D10)/D50≤1.6；优选地，所述前驱体Ni
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
(OH)2与所述氢氧化锂的重量比为2.02～2.74:1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理包括依次进行的升温阶段、第一保温阶段、第一降温阶段、第二保温阶段和第二降温阶段；其中，优选地，所述升温阶段的升温速率为10～40℃/h；优选地，所述第一保温阶段的温度为750～900℃，所述第一保温阶段的时间为15～20h；优选地，所述第一降温阶段的降温速率为100～200℃/h；优选地，所述第二保温阶段的温度为400～600℃，所述第二保温阶段的时间为5～10h；优选地，所述第二降温阶段的降温速率为10～50℃/h。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述三氟化硼乙醚、所述环氧丙烷和所述三羟甲基丙烷
‑
聚乙二醇单甲醚的重量比为1:2～8:50～200；优选地，所述三氟化硼乙醚和所述修饰液的重量比为1:20～50。5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述三羟甲基丙烷
‑
聚乙二醇单甲醚的平均分子量为500～3000。6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一反应的温度为40～60℃，时间为1～2h；优选地，所述第二反应的温度为80～100℃，时间为4～8h。7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述修饰液由所述环糊精和所述碱溶液按照重量比为1：3～9混合得到；优选地，所述混合温度为60～80℃，时间为3～6h；优选地，所述环糊精为α
‑
环糊精、β<...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明昊，高海峰，高玉仙，杨茂萍，李道聪，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：