一种三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种三元正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将海藻酸钠和溶剂混合后进行雾化处理，将镍源、钴源和锰源与溶剂混合后加入锂源，得到混合溶液；(2)将雾化后的海藻酸钠溶液喷入混合溶液进行反应，反应结束后固液分离得到凝胶；(3)对所述凝胶进行冻干处理得到中间体，对所述中间体进行煅烧处理得到所述三元正极材料，本发明专利技术所述方法在不影响材料整体结构稳定性、性能表现的前提下无需高温煅烧即可制得性能优异的三元正极材料，降低能耗的同时可以制得粒度分布更均一、平均粒径更小、比表更大的三元正极材料。材料。

【技术实现步骤摘要】
一种三元正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种三元正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前主流的新能源汽车动力来源分为两类，其一是氢能源技术，其二是锂离子电池技术。现阶段氢能的安全问题仍是巨大隐患，因而锂离子电池在未来数十年内仍将会是主流技术路线。目前市售的锂离子电池主要分为两大类：一是以磷酸亚铁锂为代表的聚阴离子类，另一个是以镍钴锰酸锂为代表的层状氧化物类。
[0003]镍钴锰酸锂作为正极材料，具有高的能量密度、优异的低温性能，因此长期占据市场优先权。然而随着全球范围内锂盐价格的攀升，磷酸亚铁锂逐渐在综合成本上优于镍钴锰酸锂，但是磷酸亚铁锂的能量密度却大大低于镍钴锰酸锂，限制了市场对于更长续航里程电动汽车的追求。为了降低镍钴锰酸锂的生产成本，需要从材料端对其进行工艺优化。
[0004]CN115215388A公开了一种三元正极材料的制备方法及三元正极材料，其所述方法包括：使锰盐和/或铝盐与镍盐、钴盐混合，并与碱性物质、络合剂在溶剂中进行共沉淀反应，得到具有目标中位粒径的共沉淀浆料；洗涤所述共沉淀浆料，得到三元前驱体浆料；在惰性气氛中，将锂源与所述三元前驱体浆料混合干燥后高温烧结处理，得到所述三元正极材料。
[0005]CN105261737A公开了一种三元正极材料的制备方法，所述方法包括：步骤1：将盐配料、碱配料通过溶液方式混合均匀融合形成混合液；步骤2：将步骤1的混合液进行沉淀形成前驱体晶粒，通过调整参数控制共沉淀反应的成核和晶体生长速度；步骤3：将步骤2形成的前驱体晶粒洗涤压滤后液相添加阳离子位进行掺杂改性，然后进行干燥处理；步骤4：将干燥后的原料加入锂，然后进行焙烧，然后进行表面包覆改性，获得三元材料成品。
[0006]上述方案通过共沉淀的方法制备前驱体后高温焙烧制备正极材料，为了降低表面残碱，提高结构稳定性、反应活性，还经常伴有水洗、二次烧结，甚至三次烧结等处理手段。这一工艺路线对于反应设备、反应条件要求较高，同时能耗大，大大提升了生产成本。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种三元正极材料及其制备方法和应用，本专利技术所述方法在不影响材料整体结构稳定性、性能表现的前提下无需高温煅烧即可制得性能优异的三元正极材料，降低能耗的同时可以制得粒度分布更均一、平均粒径更小、比表更大的三元正极材料。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种三元正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将海藻酸钠溶液进行雾化处理，将镍源、钴源和锰源与溶剂混合后加入锂源，得到混合溶液；
[0011](2)将雾化后的海藻酸钠溶液喷入混合溶液进行反应，反应结束后固液分离得到凝胶；
[0012](3)对所述凝胶进行冻干处理得到中间体，对所述中间体进行煅烧处理得到所述三元正极材料。
[0013]本专利技术所述方法中，海藻酸钠液流在电场力或者高频振动的作用下会自发分散形成直径几十微米的液滴；在与过渡金属离子以及锂离子接触后，过渡金属离子以及锂离子会与液滴中的钠离子发生离子交换反应形成海藻酸镍钴锰
‑
锂复合凝胶；接着将中间体煅烧后得到粉末产物，煅烧过程中的温度相较于传统的高温固相法大幅降低。
[0014]优选地，步骤(1)所述海藻酸钠的分子量为50000～80000，例如：50000、60000、70000或80000等。
[0015]优选地，所述海藻酸钠和溶剂的质量比为1:(80～120)，例如：1:80、1:90、1:100、1:110或1:120等。
[0016]优选地，所述混合的温度为40～60℃，例如：40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等。
[0017]优选地，步骤(1)所述雾化处理包括通过蠕动泵抽取海藻酸钠溶液输送至喷雾口，在喷雾口施加振动使得海藻酸钠以微小液滴的形式喷出。
[0018]本专利技术所述雾化处理通过施加电场或者高频振动将来自前端的海藻酸钠溶液进行微雾化作用，形成粒径约50微米的液滴，海藻酸钠溶液通过泵送运输至喷雾口；随后液滴在重力的作用下落入混合溶液中。
[0019]优选地，所述喷雾口的直径为120～180μm，例如：120μm、130μm、150μm、160μm或180μm等。
[0020]优选地，所述振动的频率为200～400Hz，例如：200Hz、250Hz、300Hz、350Hz或400Hz等。
[0021]优选地，所述镍源包括氯化镍、硫酸镍或硝酸镍中的任意一种或至少两种的组合。
[0022]优选地，所述锰源包括氯化镍、硫酸锰或硝酸锰中的任意一种或至少两种的组合。
[0023]优选地，所述钴源包括氯化钴、硫酸钴或硝酸钴中的任意一种或至少两种的组合。
[0024]优选地，所述锂源包括氢氧化锂、氯化锂或硫酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]优选地，步骤(2)所述喷入的同时进行搅拌。
[0026]滴入的海藻酸钠液滴与溶液混合后快速发生螯合反应，形成海藻酸镍钴锰
‑
锂复合凝胶结构，同时容器中不断辅以搅拌以维持反应速率一致，防止发生偏析。
[0027]优选地，所述搅拌的速度为50～70rpm，例如：50rpm、55rpm、60rpm、65rpm或70rpm等。
[0028]优选地，所述固液分离后进行洗涤处理。
[0029]优选地，所述洗涤处理的洗涤剂包括去离子水。
[0030]所述洗涤处理后，凝胶中游离的酸根阴离子会被去除，减少对后续流程的影响。
[0031]优选地，步骤(3)所述冻干处理的温度为
‑
30～
‑
15℃，例如：
‑
30℃、
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25℃、
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20℃、
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18℃或
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15℃等。
[0032]优选地，所述冻干处理的时间为0.8～1.2h，例如：0.8h、0.9h、1h、1.1h或1.2h等。
[0033]本专利技术通过冷冻干燥处理凝胶除去水分得到中间体，冷冻干燥能够维持结构稳
定，最大程度提升产物一致性。
[0034]优选地，步骤(3)所述煅烧处理的气氛包括氧气气氛。
[0035]优选地，所述煅烧处理的温度为300～400℃，例如：300℃、320℃、350℃、380℃或400℃等。
[0036]优选地，所述煅烧处理的时间为4～8h，例如：4h、5h、6h、7h或8h等。
[0037]优选地，步骤(3)所述煅烧处理后进行研磨处理。
[0038]优选地，所述研磨处理的速度为60～100rpm，例如：60rpm、70rpm、80rpm、90rpm或100rpm等。
[0039]最后将粉末产物在高能球磨机中进行机械研磨，研磨后产物的粒径分布更加均本文档来自技高网...

【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，所述制备方法包括以下步骤：(1)对海藻酸钠溶液进行雾化处理，将镍源、钴源和锰源与溶剂混合后加入锂源，得到混合溶液；(2)将雾化后的海藻酸钠溶液喷入混合溶液进行反应，反应结束后固液分离得到凝胶；(3)对所述凝胶进行冻干处理得到中间体，对所述中间体进行煅烧处理得到所述三元正极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述海藻酸钠的分子量为50000～80000；优选地，所述海藻酸钠和溶剂的质量比为1:(80～120)；优选地，所述混合的温度为40～60℃。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述雾化处理包括通过蠕动泵抽取海藻酸钠溶液输送至喷雾口，在喷雾口施加振动使海藻酸钠以微小液滴的形式喷出；优选地，所述喷雾口的直径为120～180μm；优选地，所述振动的频率为200～400Hz。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述镍源包括氯化镍、硫酸镍或硝酸镍中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锰源包括氯化镍、硫酸锰或硝酸锰中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述钴源包括氯化钴、硫酸钴或硝酸钴中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锂源包括氢氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：向梦琳，
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：