一种三元正极材料及其前驱体、锂离子电池制造技术

本申请提供一种三元正极材料及其前驱体、锂离子电池，涉及新能源技术领域，该三元正极材料及其前驱体为多孔结构且孔隙分布高度均匀，为电解液提供了渗透通路，极大地提高了电解液的渗透效率，有利于电解液快速深入材料内部结构。适宜的孔隙率在提高材料电化学性能的同时又能够避免振实密度与压实密度的大幅度降低，使材料具有较好的体积能量密度。使材料具有较好的体积能量密度。使材料具有较好的体积能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种三元正极材料及其前驱体、锂离子电池


[0001]本申请涉及新能源
，尤其涉及一种前驱体及其制备方法、三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着新能源行业的持续发展，锂离子电池得到了越来越广泛而深入的研究，其中，正极材料的优劣是决定锂离子电池性能的关键所在。在现实生活中随着对高功率材料需求的逐渐增加，对正极材料的倍率性能要求也越来越高。对于正极材料来说，结构对倍率性能影响至关重要，而材料的孔隙、一次颗粒的尺寸、比表等又是正极材料结构的重要影响因素。一般来说具有高的孔隙率，均匀的孔隙分布，较大的比表面积等结构特点的正极材料更能发挥较好电化学性能。而正极材料的孔结构与前驱体的孔结构有良好的继承关系。
[0003]因此可以通过设计正极材料前驱体的结构，如提高前驱体孔隙率、增大前驱体的比表面积、改变一次颗粒形貌等来获得比容量高、倍率性能与循环性能良好的正极材料。但过高的孔隙率以及比表又会造成材料结构强度的下降，容易使材料产生裂纹甚至破裂，最终会导致循环性能的降低，因此对孔隙率与结构强度要进行良好的平衡。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种性能优良的三元正极材料及其前驱体，旨在解决现有三元正极材料在电化学性能和结构强度性能上无法平衡的问题。
[0005]为实现以上目的，本申请第一方面提供一种三元前驱体，其化学通式为Ni
a
Co
b
Mn
c
(OH)2，其中a+b+c＝1，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1；三元前驱体的内部孔隙率为5～8％，孔隙均匀性系数R2≥0.9，
[0006]优选地，孔隙均匀性系数R2≥0.95；
[0007]优选地，0.4≤a≤0.6，0.1≤b≤0.4，0.1≤c≤0.4。
[0008]优选地，三元前驱体的比表面积为15～35m2/g；
[0009]优选地，三元前驱体的一次颗粒为短针状或短丝状，长度为200～400nm，长径比为8～12。
[0010]优选地，三元前驱体的D
50
为7.0～11.0μm；三元前驱体的粒度分布span为1.10～1.30；
[0011]优选地，三元前驱体的孔隙中的介孔占比为50％～70％。
[0012]本申请第二方面还提供一种上述的三元前驱体的制备方法，包括：
[0013]按照三元前驱体的配比配制镍钴锰金属混合溶液；
[0014]将镍钴锰金属混合溶液、沉淀剂和络合剂，按连续式生产工艺加入至反应釜的底液中进行共沉淀反应，控制镍钴锰金属混合溶液流速为10～30L/h，控制反应体系的反应温度、pH值和反应釜中的固含量，得到共沉淀反应产物，洗涤反应产物得到三元前驱体颗粒；
[0015]优选地，底液中络合剂的浓度为0.1～0.8mol/L；
[0016]优选地，反应温度控制为50～70℃，反应釜中的固含量为80～110g/L；
[0017]优选地，pH值为9.00～11.00；
[0018]优选地，沉淀剂包括氢氧化钠，络合剂包括氨水。
[0019]本申请第三方面还提供一种三元正极材料，其化学组成的表达式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中x+y+z＝1，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1；三元正极材料的孔隙率为10％～15％，孔隙均匀性系数R2≥0.9；
[0020]优选地，孔隙均匀性系数R2≥0.95；
[0021]优选地，0.4≤x≤0.6，0.1≤y≤0.4，0.1≤z≤0.4。
[0022]优选地，三元正极材料的比表面积为1.5～3.0m2/g；
[0023]优选地，三元正极材料的一次颗粒呈砖型，三元正极材料的内核由一次颗粒乱序排布成为疏松多孔结构，一次颗粒以内核为圆心向外呈放射状排布；
[0024]优选地，三元正极材料的一次颗粒长度为200～500nm，宽度为50～150nm，长径比大于3；
[0025]更优选地，三元正极材料的一次颗粒长度为300～400nm，宽度为70～90nm，长径比为3～6。
[0026]优选地，三元正极材料的D
50
为7～15μm；三元正极材料的粒度分布span为1.1～1.4；
[0027]优选地，三元正极材料的孔隙中的大孔占比为大于等于50％。
[0028]本申请第四方面还提供上述的三元正极材料的制备方法，包括：
[0029]将锂源和上述的三元前驱体混合得到混合物；
[0030]将混合物以1～10℃/min的速度升温到700℃～1000℃，保温8～15h，得到三元正极材料；
[0031]优选地，锂源中的Li的摩尔量与三元前驱体中的Ni、Co、Mn的总摩尔量比为1～1.1:1。
[0032]优选地，将所述混合物以1～10℃/min的速度升温到700℃～1000℃，保温8～15h，具体为：
[0033]先以2～10℃/min的速度升温到400～650℃，保温2～6h；再以1～5℃/min的速度升温到700～1000℃，保温10～15h。
[0034]本申请第五方面还提供一种锂离子电池，包括上述的三元正极材料。
[0035]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0036]本申请提供的三元前驱体具有良好的孔结构，孔隙丰富且分布高度均匀，一次颗粒细小，三元正极材料继承了前驱体的优良结构。三元正极材料丰富的孔隙结构，为电解液提供了渗透通路，极大地提高了电解液的渗透效率，有利于电解液快速深入材料内部结构。适宜的孔隙率在提高材料电化学性能的同时又能够避免振实密度与压实密度的大幅度降低，使材料具有较好的体积能量密度。
[0037]本申请提供的三元正极材料的一次颗粒细小，为形状规则尺寸较小的砖型结构，使得材料的比表面积及孔隙率得到很大的提升，丰富的孔隙能够更大程度上增大与电解液的接触面积，从而有利于材料容量最大限度的发挥。一次颗粒呈现放射状排布，为实现大电流条件下锂离子的快速脱嵌提供了结构基础，同时有利于减小一次颗粒之间的应力膨胀，
从而减小在循环过程中一次颗粒聚集成的二次颗粒微裂纹的产生，增强材料的循环寿命。
[0038]本申请提供一种性能优良的三元正极材料及其前驱体，在结构稳定的前提下，从提高孔隙率、孔隙分布均匀入手，获得的正极材料不仅具有较高的比容量，更兼具良好的倍率性能，即使在较大电流下也具有高的容量以及保持率，能够实现大电流条件下快速充放电的优良正极材料，具有很好的应用前景。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0040]图1为实施例1的三元前驱体的SEM图(左侧)以及截面图(右侧)；
[0041]图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元前驱体，其特征在于，其化学通式为Ni
a
Co
b
Mn
c
(OH)2，其中a+b+c＝1，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1；所述三元前驱体的内部孔隙率为5～8％，孔隙均匀性系数R2≥0.9；优选地，所述孔隙均匀性系数R2≥0.95；优选地，0.4≤a≤0.6，0.1≤b≤0.4，0.1≤c≤0.4。2.根据权利要求1所述的三元前驱体，其特征在于，所述三元前驱体的比表面积为15～35m2/g；优选地，所述三元前驱体的一次颗粒为短针状或短丝状，长度为200～400nm，长径比为8～12。3.根据权利要求1或2所述的三元前驱体，其特征在于，所述三元前驱体的D
50
为7.0～11.0μm；所述三元前驱体的粒度分布span为1.10～1.30；优选地，所述三元前驱体的孔隙中的介孔占比为50％～70％。4.一种如权利要求1至3任一项所述的三元前驱体的制备方法，其特征在于，包括：按照所述三元前驱体的配比配制镍钴锰金属混合溶液；将所述镍钴锰金属混合溶液、沉淀剂和络合剂，按连续式生产工艺加入至反应釜的底液中进行共沉淀反应，控制所述镍钴锰金属混合溶液流速为10～30L/h，控制反应体系的反应温度、pH值和反应釜中的固含量，得到共沉淀反应产物，洗涤所述反应产物得到所述三元前驱体颗粒；优选地，所述底液中络合剂的浓度为0.1～0.8mol/L；优选地，所述反应温度控制为50～70℃，所述反应釜中的固含量为80～110g/L；优选地，所述pH值为9.00～11.00；优选地，所述沉淀剂包括氢氧化钠，所述络合剂包括氨水。5.一种三元正极材料，其特征在于，其化学组成的表达式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中x+y+z＝1，0＜x＜...

【专利技术属性】
技术研发人员：訚硕，阎晓静，常海珍，伍兴科，
申请(专利权)人：中伟新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：