一种正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述制备方法包括：(1)将高镍正极材料与含有表面活性剂和金属元素的溶液混合后，进行分离，得到分离产物；(2)采用包覆剂对所述分离产物进行至少1次包覆，得到所述正极材料；其中，所述表面活性剂中的元素包括N、S、P、Cl、B或F元素中的任意一种或至少两种的组合。本发明专利技术采用含有表面活性剂的溶液对高镍正极材料进行洗涤，并进行包覆的步骤，既可以快速降低残碱，又能提高容量、循环性能和存储性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]高镍三元正极材料中，Ni是贡献容量的主要活性成分，Ni含量越高容量越高。伴随着国家对动力电池能量密度要求的提高，高镍材料是未来发展趋势。但随着镍含量升高烧结温度逐渐降低，表面残余Li与空气中的二氧化碳、水反应会生成碳酸锂、氢氧化锂沉积在材料表面，降低导电性能，增加阻抗，从而影响容量、循环等性能的发挥。而且高温、高电压下残碱容易分解，增加产气风险；且在制成过程中，残碱容易吸水，会造成浆料粘稠甚至果冻，影响电池一致性。故降低高镍材料表面残碱是非常重要的。
[0003]当前绝大部分工艺是通过将正极材料与去离子水加入水洗釜中，搅拌水洗将水排除，压滤烘干，该方法能有效降低高镍材料表面残余碱。但随着镍含量的升高表面残余碱升高，需要搅拌的时间延长，而且镍含量越高，锂镍混排加重，会有更多的晶格Li迁出表面，降低容量和循环性能。
[0004]CN109546088A公开了一种高镍三元正极材料的水洗方法，所述水洗方法包括称取一定量的锂电池正极材料，以一定量的固液比加入去离子水搅拌一段时间后超声一段时间，然后将获得的溶液过滤后在700℃的氧气环境中煅烧5h，再将干燥后获得的粉末取5g加入100g的去离子水中，搅拌后抽滤；该专利通过超声强化水洗过程，但难以保证水洗后材料的容量和循环性能。
[0005]因此，亟需提供一种方法，即能够降低高镍正极材料表面的残碱含量，又不会降低材料的容量和循环性能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。本专利技术的方法中，表面活性剂可降低溶液的表面张力，使得溶液可以快速带走高镍正极材料的表面残碱；同时，分离产物表面残留有部分表面活性剂，在后续的包覆过程中，残留的表面活性剂可与高镍正极材料表面的残余锂反应，生成具有良好的电子导电性的含锂化合物；溶液中的金属元素可以有效促进高镍正极材料对表面活性剂和金属元素的吸附作用，从而使得包覆烧结后的包覆层更加均匀；并且，采用包覆剂对分离产物进行包覆，一方面能够修复洗涤过程中对高镍正极材料表面造成的破坏，减小界面阻抗；另一方面可以有效隔绝电解液与正极材料的直接接触，减少与电解液的副反应；在上述条件的共同作用下，能够提高电池的一致性，提高容量、循环性能和存储性能。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种正极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0009](1)将高镍正极材料与含有表面活性剂和金属元素的溶液混合后，进行分离，得到分离产物；
[0010](2)采用包覆剂对所述分离产物进行至少1次包覆(例如可以是1次、2次、3次、4次或5次等)，得到所述正极材料；
[0011]其中，所述表面活性剂中的元素包括N、S、P、Cl、B或F元素中的任意一种或至少两种的组合。
[0012]本专利技术提供了一种正极材料的制备方法，采用含有表面活性剂和金属元素的溶液与高镍正极材料混合进行洗涤，首先，表面活性剂可有效降低溶液的表面张力，快速占领新的界面，裹覆并保护粉体颗粒；同时通过降低溶液的表面张力，使得溶液可以快速带走高镍正极材料的表面残碱，故在极短的时间内就可以达到降低残碱的目的，从而改善高镍正极材料的加工性能；并且，表面活性剂的引入还使得分离步骤中能轻松分离出大部分溶剂；
[0013]其次，选用包含N、S、P、Cl、B或F等元素的表面活性剂，是由于得到的分离产物的表面残留吸附有部分表面活性剂，在后续的包覆过程中，表面活性剂中的N、S、P、Cl、B或F等元素可与高镍正极材料表面的残余锂反应，生成具有良好的电子导电性的含锂化合物；同时，溶液中的金属元素可以有效促进高镍正极材料对表面活性剂和金属元素的吸附作用，从而使得包覆烧结后的包覆层更加均匀；
[0014]最后，采用包覆剂对分离产物进行包覆，一方面能够修复洗涤过程中对高镍正极材料表面造成的破坏，减小界面阻抗，提高电子电导率和离子电导率；另一方面包覆层可以有效隔绝电解液与正极材料的直接接触，减少与电解液的副反应；
[0015]在使用含有表面活性剂和金属元素的溶液进行洗涤和包覆步骤的共同作用下，能够提高正极材料对应电池的一致性，能够提高容量、循环性能和存储性能。
[0016]优选地，所述高镍正极材料的分子式为LiNi
x
M1‑
x
O2，其中，M包括Co、Mn、Al、Zr、Sr或Ti中的任意一种或至少两种的组合，0.8≤x≤1.0，例如可以是0.8、0.85、0.9、0.95或1.0等。
[0017]优选地，所述表面活性剂的亲水亲油平衡值HLB≥7，例如可以是7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20等，优选为7
‑
18。
[0018]优选地，所述表面活性剂包括十二烷基磷酸酯、十二烷基磷酸酯三乙醇胺、N
‑
月桂酰肌胺酸钠、单月桂基磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾或椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠中的任意一种或至少两种的组合，优选为十二烷基磷酸酯、十二烷基磷酸酯三乙醇胺、单月桂基磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾或月桂醇醚磷酸酯钾中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]本专利技术中，所述表面活性剂优选含磷酸酯基团的表面活性剂；进一步优选地，所述表面活性剂选用含磷酸酯基团且亲水亲油平衡值HLB为7
‑
18的表面活性剂。
[0020]优选地，所述金属元素包括Al、Mg、Zr或W元素中任意一种或至少两种的组合。
[0021]本专利技术中，选择的金属元素的氧化物都是两性的，使得金属元素既可以溶解在碱性溶液中，也可以溶解在酸性溶液中。
[0022]优选地，所述含有表面活性剂和金属元素的溶液的原料包括：表面活性剂、含所述金属元素的化合物和溶剂。
[0023]本专利技术中，含所述金属元素的化合物包括酸和/或盐，所述酸和/或盐包含Al、Mg、Zr或W元素中任意一种或至少两种的组合；含所述金属元素的化合物优选为磷酸盐、偏铝酸盐、偏锆酸盐或钨酸中的任意一种或至少两种的组合，其中，所述磷酸盐中的阴离子为磷酸
根离子，阳离子为Al、Mg、Zr或W离子中任意一种或至少两种的组合，例如可以是磷酸铝。本专利技术对偏铝酸盐和偏锆酸盐的阳离子种类不作具体限定。
[0024]优选地，所述溶剂包括有机溶剂(例如醇类)或无机溶剂(例如水)。
[0025]优选地，所述表面活性剂和所述溶剂的质量比为(0.01
‑
5):100，例如可以是0.01:100、0.02:100、0.05:100、0.1:100、0.2:100、0.3:100、0.5:100、1:100、1.5:100、2:100、2.5:100、3:100、3.5:100、4:100、4.5:本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)将高镍正极材料与含有表面活性剂和金属元素的溶液混合后，进行分离，得到分离产物；(2)采用包覆剂对所述分离产物进行至少1次包覆，得到所述正极材料；其中，所述表面活性剂中的元素包括N、S、P、Cl、B或F元素中的任意一种或至少两种的组合。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高镍正极材料的分子式为LiNi
x
M1‑
x
O2，其中，M包括Co、Mn、Al、Zr、Sr或Ti中的任意一种或至少两种的组合，0.8≤x≤1.0。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂的亲水亲油平衡值HLB≥7，优选为7
‑
18；优选地，所述表面活性剂包括十二烷基磷酸酯、十二烷基磷酸酯三乙醇胺、N
‑
月桂酰肌胺酸钠、单月桂基磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾或椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠中的任意一种或至少两种的组合，优选为十二烷基磷酸酯、十二烷基磷酸酯三乙醇胺、单月桂基磷酸酯、单十二烷基磷酸酯钾或月桂醇醚磷酸酯钾中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述金属元素包括Al、Mg、Zr或W元素中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述含有表面活性剂和金属元素的溶液的原料包括：表面活性剂、含所述金属元素的化合物和溶剂；优选地，所述表面活性剂和所述溶剂的质量比为(0.01
‑
5):100；优选地，含所述金属元素的化合物和所述溶剂的质量比为(0.01
‑
3):100；优选地，所述表面活性剂与含所述金属元素的化合物的质量比为(1
‑
3000):100。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高镍正极材料与所述含有表面活性剂和金属元素的溶液的质量比为1:(0.4
‑
1.5)，优选为1:(0.5
‑
1.0)；优选地，步骤(1)所述混合的过程中伴有搅拌；优选地，所述搅拌的时间为30
‑
600s，优选为60
‑
240s。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述分离的方式包括压滤、抽滤或离心中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)中，在所述分离之后进行干燥，得到所述分离产物；优选地，所述干燥的温度为120
‑
200℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐珊珊，鲍荣荣，母远英，周宏宝，李文强，张虎，朱卫泉，
申请(专利权)人：天津国安盟固利新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：