一种正极材料制备方法及制备的正极材料技术

本申请涉及一种正极材料制备方法及制备的正极材料，包括以下制备步骤：S1：将二价镍源化合物、二价钴源化合物、二价锰源化合物混合投入反应釜，加入纯水，并在惰性气体氛围下搅拌混合；S2：将混合液加热至40～50℃，加入碱液调整溶液PH值至Ph＝11

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料制备方法及制备的正极材料


[0001]本申请涉及锂离子电池材料
，尤其是涉及一种正极材料制备方法及制备的正极材料。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIB)的最终目标是构建具有高能量密度、长循环寿命、高倍率和安全运行的可充电电池。在过去十多年中，锂离子电池市场已从消费电子产品扩展到包括汽车行业在内的众多领域。目前，LIB应用于大部分电气化水平，从混合动力到插电式混合动力再到全电动车辆。LIB的持续规模化应用是通过不断探索新的电池材料或优化现有的电池组件来实现的。
[0003]基于城市环境中日常使用的电动汽车可能不足以满足广泛的客户需求，为保证未来电动车辆的成功，迫切需要更长的续航里程。对延长续航里程的追求推动了无数新型电极活性材料的研究，特别是锂离子电池正极。近些年来几乎每天都会出现大量源于庞大的全球能源材料工作者所带来的新颖的、富有创新型的活性材料，但环保汽车应用高能电池概念的发展所施加的时间压力极大地限制了对活性材料的选择。
[0004]在未来较长时间内实际应用于汽车行业的阴极活性材料很可能仅限于少数已知和普遍研究的化合物。甚至在大多数情况下，将直接选择大多数汽车制造商已经采用的阴极，即磷酸铁锂(LiFePO4，LFP))和过渡金属层状氧化物(LiNi1
‑
x
‑
yCoxAlyO2，NCA或LiNi1
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x
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yCoxMnyO2，NCM)系列。理论上，层状材料在使用时可以达到更高的容量。然而，锂离子电池商业界尽管做出了巨大的研发努力和金钱投资，但在装配车辆和低功率运行时观察到的电压衰减目前仍无法解决。
[0005]富镍NCM化合物中Co的存在提高了电池导电性等性能，从而促进了高倍率性能，增加Ni含量会增加初始放电容量并提高其倍率性能，Mn含量提高了材料热稳定性，但Mn掺杂显著降低了NCM的放电容量。此外，富镍NCM化合物易受热诱导相变向尖晶石和岩盐结构的影响，并伴有氧气释放。因此，NCM过渡金属层状氧化物的能量密度受限于其固有容量(例如，Ni含量)、实际上限截止电压和相对于其实际值的电极负载。此外，能量密度的提升在很大程度上取决于维持和可能改进所有其他关键参数的可能性，包括电池功率、寿命、安全性和成本，因此，亟需一种能够提高电池的能量密度、使用寿命及安全性能的正极材料。

技术实现思路

[0006]为了提高锂电池的能量密度、使用寿命以及安全性能，本申请提供一种正极材料制备方法及制备的正极材料。
[0007]本申请提供的一种正极材料制备方法及制备的正极材料采用如下的技术方案：
[0008]一种正极材料制备方法，包括以下制备步骤：
[0009]S1：将二价镍源化合物、二价钴源化合物、二价锰源化合物按照Ni:Co:Mn＝x:y:z，其中x+y+z＝1，x≥0.5，0≤y≤0.5,0≤z≤0.5的摩尔比投入反应釜，按金属离子总浓度1.0
～3.0mol/L加入纯水，并在惰性气体氛围下搅拌混合；
[0010]S2：将S1中的混合液加热至40～50℃，加入碱液调整溶液PH值至Ph＝11
±
0.8，继续反应0.5
‑
1h，加入氨溶液(氨溶液与过渡金属的摩尔比为0.8～1.0)；
[0011]S3：将S2中的混合溶液投入洗涤机中，采用热水洗涤至SO
42
‑
≤0.5％；
[0012]S4：将S3中洗涤完成的物料进行干燥，得到富镍三元正极前驱体；
[0013]S5：将富镍三元正极前驱体与锂源按摩尔比1:1.05～1.08球磨混合1～3h，在空气中于700～900℃烧结15～20小时，制得富镍三元正极基体材料；
[0014]S6：将S5获得的基体材料与磷酸锂在溶剂中均匀混合，并且磷酸锂用量为基体材料质量的1
‑
5％，然后进行离心干燥；
[0015]S7：将S6所获得的样品在500～700℃下退火2～4h获得富镍三元正极材料。
[0016]优选地：所述S1中所述二价镍源化合物为NiSO4·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O和NiCl2·
6H2O中的任意一种，所述二价锰源化合物为MnCl2、Mn(NO3)2、MnSO4和O(CH3CO)2Mn中的任意一种，所述二价钴源化合物为CoCl2·
6H2O、CoSO4·
7H2O和C4H6O4Co
·
4H2O中的任意一种。
[0017]优选地：所述S1中惰性气体为Ar和N2中的任意一种。
[0018]优选地：所述S2中碱溶液为NaOH和NH4OH中的任意一种，浓度为3～5mol/L。
[0019]优选地：所述S2中氨溶液为NH4OH，浓度为9～11mol/L。
[0020]优选地：所述S3中热水温度范围为：40～70℃。
[0021]优选地：所述S4中干燥温度范围为：80～100℃，干燥时间范围为：10～20h。
[0022]优选地：所述S5中锂源为LiOH和Li2CO3中的任意一种。
[0023]优选地：所述S6中溶剂为乙醇和乙二醇中的任意一种，溶剂用量为基体材料质量的60～80％；所述离心设备为高速离心机，所述干燥设备为鼓风干燥箱。
[0024]本专利技术中，还公开了一种采用上述正极材料制备方法制备的正极材料。
[0025]综上所述，本申请包括以下至少一种正极材料制备方法有益技术效果：
[0026]1.本专利技术中，以磷酸锂作为包覆原材料，通过固相烧结将Li3PO4(以下简称LPO)薄膜覆盖在富含镍的层状正极材料NCM，不仅解决了其固有的容量和电压衰减问题，有效防止二次粒子的开裂和层状到尖晶石的相变，改善了电池阴极—电解质界面动力学，增强了阴极循环稳定性，另外还具有合成工艺简洁、制造成本低与现有工业化生产兼容等优点；
[0027]2.本专利技术提供制备工艺中的磷酸锂薄膜可充当电极材料的结构稳定剂，减缓NCM阴极材料从层状结构到岩盐/尖晶石结构的不可逆相变，改善了材料的倍率性能并降低了对使用环境的要求；
[0028]3.本专利技术通过包覆磷酸锂形成共形和无孔纳米结构的快离子导体磷酸锂薄膜，不仅起到了补锂的作用，而且可以增强富镍NCM材料的离子导电性，改善了阴极循环性能；
[0029]4.本专利技术提供的可调结构和化学成分的富镍三元正极材料具有较高的首次充放电效率、优异的倍率放电性能和循环稳定性；以NCM811@LP
‑
1为例，在室温下，充放电截至电压位于2.0～4.5V时，该材料在0.1C、0.2C、0.5C、1.0C和2.0C充放电倍率下放电比容量分别达到197、193、189、182和174mAh/g，库伦效率不低于85.0％，在0.1C充放电倍率下循环300圈后容量保持率为98.0％；
[0030]5.本专利技术提供的可调结构和化学成分的富镍三元正极材料中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：S1：将二价镍源化合物、二价钴源化合物、二价锰源化合物按照Ni:Co:Mn＝x:y:z，其中x+y+z＝1，x≥0.5，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5的摩尔比投入反应釜，按金属离子总浓度1.0～3.0mol/L加入纯水，并在惰性气体氛围下搅拌混合；S2：将S1中的混合液加热至40～50℃，加入碱液调整溶液PH值至PH＝11
±
0.8，继续反应0.5
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1h，加入氨溶液(氨溶液与过渡金属的摩尔比为0.8～1.0)；S3：将S2中的混合溶液投入洗涤机中，采用热水洗涤至SO
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≤0.5％；S4：将S3中洗涤完成的物料进行干燥，得到富镍三元正极前驱体；S5：将富镍三元正极前驱体与锂源按摩尔比1:1.05～1.08球磨混合1～3h，在空气中于700～900℃烧结15～20小时，制得富镍三元正极基体材料；S6：将S5获得的基体材料与磷酸锂在溶剂中均匀混合，并且磷酸锂用量为基体材料质量的1
‑
5％，然后进行离心干燥；S7：将S6所获得的样品在500～700℃下退火2～4h获得富镍三元正极材料。2.根据权利要求1所述的一种正极材料制备方法，其特征在于：所述S1中所述二价镍源化合物为NiSO4·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O和NiCl2·
6H2O中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑铁江，曹圣平，姜伟伟，曾怀政，何进忠，马俊华，
申请(专利权)人：宁夏百川新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：