一种三元正极材料及其制备方法技术

本文公开了一种三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域；本申请提供的一种三元正极材料通过采用不同中值粒径D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种三元正极材料及其制备方法


[0001]本申请属于锂离子电池正极材料
，尤其涉及一种三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高的能量密度、较长的循环寿命等优点而被广泛应用于3C电子产品、动力汽车和化学储能等众多领域，是当下新能领域的研究热点。随着新能源汽车的高速发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，提高动力电池能量密度核心就在于高容量的正极材料的开发。镍钴锰酸锂三元正极材料具有比容量高、能量密度高、价格低、环境友好等优点，在动力电池领域具有良好的应用前景。随着镍含量的升高，三元正极材料的比容量逐渐升高，但循环稳定性和安全性变弱。因此，如何在不提高Ni含量的前提下提升正极材料容量，成为了研究的热点。
[0003]影响锂离子电池容量的重要指标是其正极材料的振实密度，振实密度越高，同体积下正极材料越多，锂离子电池储能越多。所以通过提高正极材料的振实密度可提升其能量密度，改善其性能。振实密度的提高可以通过前驱体的选型、烧结温度的调整以及大小粒子的级配等方法来实现。中国专利CN104724763A采用不同粒度前驱体与锂盐混合后在高于900℃的温度合成大单晶颗粒，然后在大粒径材料中掺杂了粒径与之相比更小的颗粒，大颗粒之间的间隙就可以被小的颗粒所填充，空间得到了充分的利用，提高了压实密度，使得能量密度更高。中国专利CN109516509A也是将小颗粒单晶三元氧化物、大颗粒单晶三元氧化物和锂盐按预设的比例混合，再烧结，经冷却得到高压实单晶三元正极材料。然而，由于正极材料的导电性跟颗粒大小密切相关，因此大小颗粒之间导电性存在差异，导致电导不匹配，在循环过程中前期容量衰减迅速。同时三元正极材料表面有含量较高的残碱，在电池制作的匀浆、涂布过程中料浆极易形成果冻状，导致涂布不均匀，容易造成容量衰减。残碱在高温下易与电解液发生反应生成气体，导致电池胀气，带来严重的安全隐患。
[0004]因此，亟需寻找一种低残碱含量的高振实密度三元正极材料的制备方法，能够提高材料的能量密度并且减缓容量衰减。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种残碱含量低、振实密度高、导电性良好且循环性能优异的三元正极材料及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本申请采取的技术方案为：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：
[0007]三元复合正极材料的制备：往小颗粒三元正极材料的水溶液中滴加硅源并反应，反应结束后固液分离，收集固体并烘干、烧结、冷却，得表面包覆有二氧化硅的三元复合正极材料；
[0008]将三元复合正极材料和大颗粒三元正极材料混合球磨、500
‑
900℃下煅烧1
‑
10h、
冷却、研磨筛分，得三元正极材料；
[0009]所述小颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
＜10μm，大颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
≥10μm；
[0010]所述小颗粒三元正极材料与硅源的摩尔比为1：(0.015
‑
0.075)。
[0011]本申请提供的一种三元正极材料中，通过采用不同中值粒径D
50
的小颗粒三元正极材料和大颗粒三元正极材料作为原料进行级配，并且在煅烧之前将小颗粒三元正极材料与硅源进行反应使小颗粒三元正极材料表面上包覆二氧化硅形成全包覆的核壳结构的三元复合正极材料，从而能够明显提升三元正极材料的导电性、循环稳定性和振实密度，并且能降低三元正极材料表面的残碱含量。具体地，将小颗粒三元正极材料与硅源在特定的摩尔比下进行反应能够得到表面包覆有特定质量比的二氧化硅的三元复合正极材料，得到的三元复合正极材料一方面能够提高核层小颗粒三元正极材料的循环稳定性，降低核层的导电性；另一方面在后续特定的煅烧温度和时间下能够与大颗粒三元正极材料表面的残碱发生反应，生成具有导电性的硅酸锂，增加大颗粒三元正极材料的导电性；从而缩小不同中值粒径D
50
的小颗粒三元正极材料和大颗粒三元正极材料之间的导电性差异。同时，不同中值粒径D
50
的小颗粒三元正极材料和大颗粒三元正极材料作为原料的级配能够避免完全使用相同中值粒径D
50
的三元正极材料之间存在的间隙导致的振实密度低的问题。即采用本申请的技术方案得到的三元正极材料在提升振实密度的同时，使得不同中值粒径D
50
数值的三元正极材料电导更匹配，进而改善循环过程容量衰减的问题，提升产品的循环稳定性。
[0012]在一实施例中，所述小颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为0.5≤D
50
＜10μm，所述大颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为10≤D
50
＜30μm。
[0013]在一实施例中，所述小颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为2
‑
7μm，所述大颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为10
‑
20μm。
[0014]在一实施例中，所述小颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为4
‑
5μm，所述大颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为14
‑
16μm。
[0015]专利技术人研究发现，采用本申请的技术方案时，进一步选择小颗粒三元正极材料和大颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
分别为2
‑
7μm和10
‑
20μm，尤其是分别为4
‑
5μm和14
‑
16μm时，能够使得小颗粒三元正极材料和大颗粒三元正极材料之间的电导性差异更小，且三元复合正极材料能够更好的进入大颗粒三元正极材料的间隙内，进一步提升振实密度。
[0016]在一实施例中，所述三元复合正极材料和大颗粒三元正极材料的质量比为三元复合正极材料：大颗粒三元正极材料＝(1
‑
2)：(2
‑
8)。
[0017]在一实施例中，所述三元复合正极材料和大颗粒三元正极材料的质量比为三元复合正极材料：大颗粒三元正极材料＝1：(2
‑
5)。
[0018]在一实施例中，所述三元复合正极材料和大颗粒三元正极材料的质量比为三元复合正极材料：大颗粒三元正极材料＝1：3。
[0019]专利技术人研究发现，三元正极材料中三元复合正极材料和大颗粒三元正极材料的质量比会对产品的性能带来明显的影响，当三元复合正极材料的添加量过少时，会导致没有足够的三元复合正极材料与大颗粒三元正极材料表面的残碱进行接触反应，进而导致小颗粒三元正极材料和大颗粒三元正极材料之间的导电性差异无法有效的缩小，并且振实密度也无法得到有效的提升；当三元复合正极材料的添加量过多时，则由于其本身包覆有二氧
化硅，则会导致产品整体的导电性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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：三元复合正极材料的制备：往小颗粒三元正极材料的水溶液中滴加硅源并反应，反应结束后固液分离，收集固体并烘干、烧结、冷却，得表面包覆有二氧化硅的三元复合正极材料；将三元复合正极材料和大颗粒三元正极材料混合球磨、500
‑
900℃下煅烧1
‑
10h、冷却、研磨筛分，得三元正极材料；所述小颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
＜10μm，大颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
≥10μm；所述小颗粒三元正极材料与硅源的摩尔比为1：(0.015
‑
0.075)。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述小颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为2
‑
7μm，所述大颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为10
‑
20μm。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述小颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为4
‑
5μm，所述大颗粒三元正极材料的中值粒径D
50
为14
‑
16μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三元复合正极材料和大颗粒三元正极材料的质量比为三元复合正极材料：大颗粒三元正极材料＝(1
‑
2)：(2
‑
8)。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述三元复合正极材料和大颗粒三元正极材料的质量比为三元复合正极材料：大颗粒三元正极材料＝1：(2
‑
5)。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述小颗粒三元正极材料与硅源的摩尔比为1：(0.025
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，李爱霞，谢英豪，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：