正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用技术

本申请提供了一种正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用。正极活性材料的制备方法包括：将含有镍源、钴源、锰源的混合液与含有掺杂元素M的盐溶液混合，得到混合盐溶液；在惰性气氛下，使混合盐溶液与络合剂及沉淀剂进行共沉淀反应，将产物进行分离后得到前驱体物质；将前驱体物质与锂源混合后在氧气氛围中进行焙烧处理，得到正极活性材料；其中，掺杂元素M包括Al、Ti、Nb、Ta、W或Mo中的至少一种。该制备方法制备出的正极活性材料能够提高电池循环充放电的稳定性。充放电的稳定性。充放电的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用


[0001]本申请涉及电池
，具体涉及一种正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用。

技术介绍

[0002]电池单体广泛用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等，随着电池技术的快速发展，对其性能的要求也越来越高。
[0003]目前行业对高能量密度的正极需求量激增，三元材料高镍和低钴无钴的发展方向逐渐清晰，然而当减少现有技术中正极活性材料的钴元素含量时，正极活性材料的循环稳定性变差，如何在降低成本的同时实现高性能的正极仍是一项严峻的技术挑战。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用，该制备方法制备出的正极活性材料能够提高电池循环充放电的稳定性。
[0005]第一方面，本申请提供了一种正极活性材料的制备方法，包括：将含有镍源、钴源、锰源的混合液与含有掺杂元素M的盐溶液混合，得到混合盐溶液；在惰性气氛下，使混合盐溶液与络合剂及沉淀剂进行共沉淀反应，将产物进行分离后得到前驱体物质；将前驱体物质与锂源混合后在氧气氛围中进行焙烧处理，得到正极活性材料；其中，掺杂元素M包括Al、Ti、Nb、Ta、W或Mo中的至少一种。
[0006]根据本申请第一方面的实施例，含有镍源、钴源、锰源的混合液中，基于镍原子、钴原子和锰原子的总物质的量，镍源、钴源、锰源按原子摩尔比Ni：Co：Mn＝(80％～95％)：(0～10％)：(5％～10％)进行混合。
[0007]根据本申请第一方面的实施例，混合盐溶液中的原子摩尔比满足M：(Ni+Co+Mn)＝(0.01～0.05)：1。
[0008]根据本申请第一方面的实施例，镍源、钴源、锰源独立选自其硫酸盐、氯化物、硝酸盐中的至少一种。
[0009]根据本申请第一方面的实施例，得到前驱体物质的步骤具体包括：使用蠕动泵将混合盐溶液、络合剂以及沉淀剂同时滴加入装有底液的反应器中进行共沉淀反应，共沉淀反应的温度T满足40℃
‑
80℃，反应时长t满足8h
‑
24h。
[0010]根据本申请第一方面的实施例，络合剂选自氨水、碳酸氢铵、氯化铵、水杨酸钠、乙二胺四乙酸中的至少一种。
[0011]根据本申请第一方面的实施例，沉淀剂选自NaOH、KOH、Na2CO3中的至少一种。
[0012]根据本申请第一方面的实施例，在得到前驱体物质的步骤中，加入络合剂及沉淀剂调节反应体系的pH为8～12。
[0013]根据本申请第一方面的实施例，锂源选自LiOH和Li2CO3的至少一种，锂源与前驱体
物质按原子摩尔比Li：(Ni+Co+Mn)＝(1.02～1.1)：1进行混合。
[0014]根据本申请第一方面的实施例，焙烧处理的温度为700℃
‑
900℃，焙烧处理的时间为12h
‑
24h。
[0015]第二方面，本申请提供了一种正极活性材料，由上述的制备方法制备得到，通式为LiaNi
b
Co
c
Mn
d
MeO
f
；其中0.98≤a≤1.1，0.80≤b≤0.95，0≤c≤0.1，0.05≤d≤0.1，0.01≤e≤0.05，f＝2，M选自Al、Ti、Nb、Ta、W或Mo中的至少一种。
[0016]第三方面，本申请提供了一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体以及设置于正极集流体的至少一侧的正极活性材料层，正极活性材料层包括上述的制备方法得到的正极活性材料或上述的正极活性材料。
[0017]第四方面，本申请提供了一种二次电池，包括上述的正极极片。
[0018]第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述的二次电池。
[0019]本申请提供的正极活性材料的制备方法，将镍源、钴源、锰源的混合液与含有掺杂元素M的盐溶液以溶液形式进行混合，可以使混合盐溶液中镍元素、钴元素、锰元素及掺杂元素M均匀分布，有利于在共沉淀反应后提高掺杂元素在前驱体物质中的分布均匀性，进而提高掺杂元素M在正极活性材料中的分布均匀性，有利于正极活性材料长期稳定地循环充放电；掺杂元素为Al、Ti、Nb、Ta、W或Mo元素中的一种或几种，由于这些元素的离子半径较小，在焙烧过程中容易进入锂层进行掺杂或占位，从而抑制Ni
2+
进入锂层，降低了材料的Li
+
/Ni
2+
阳离子混排，提高了晶粒界面的稳定性，且掺杂的金属元素不参与电化学反应，在锂层起到了支柱的作用，可以进一步加强材料的层状结构稳定性，进而使制备得到的正极活性材料应用于镍钴锰三元电池中时，能实现正极活性材料长期稳定地循环充放电。
附图说明
[0020]通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
[0021]图1是本申请一实施方式的二次电池的示意图。
[0022]图2是图1所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图。
[0023]图3是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
[0024]图4是本申请一实施方式的电池包的示意图。
[0025]图5是图4所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
[0026]图6是本申请一实施方式的二次电池用作电源的用电装置的示意图。
[0027]图7是实施例1与对比例1在30℃和60℃循环100圈的SEM图。
[0028]附图标记说明：
[0029]1‑
电池包，2
‑
上箱体，3
‑
下箱体，4
‑
电池模块，5
‑
二次电池，51
‑
壳体，52
‑
电极组件，53
‑
顶盖组件，(a)
‑
对比例1在30℃循环100圈的SEM图，(b)
‑
对比例1在30℃循环100圈的SEM图，(c)
‑
实施例1在30℃循环100圈的SEM图，(d)
‑
实施例1在60℃循环100圈的SEM图。
具体实施方式
[0030]下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于
更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
[0031]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括：将含有镍源、钴源、锰源的混合液与含有掺杂元素M的盐溶液混合，得到混合盐溶液；在惰性气氛下，使所述混合盐溶液与络合剂及沉淀剂进行共沉淀反应，将产物进行分离后得到前驱体物质；将所述前驱体物质与锂源混合后在氧气氛围中进行焙烧处理，得到正极活性材料；其中，掺杂元素M包括Al、Ti、Nb、Ta、W或Mo中的至少一种。2.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，含有所述镍源、所述钴源、所述锰源的所述混合液中，基于镍原子、钴原子和锰原子的总物质的量，所述镍源、所述钴源、所述锰源按原子摩尔比Ni：Co：Mn＝(80％～95％)：(0～10％)：(5％～10％)进行混合。3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述混合盐溶液中的原子摩尔比满足M：(Ni+Co+Mn)＝(0.01～0.05)：1。4.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述镍源、所述钴源、所述锰源独立选自其硫酸盐、氯化物、硝酸盐中的至少一种。5.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述得到前驱体物质的步骤具体包括：使用蠕动泵将所述混合盐溶液、络合剂以及沉淀剂同时滴加入装有底液的反应器中进行所述共沉淀反应，所述共沉淀反应的温度T满足40℃
‑
80℃，反应时长t满足8h
‑
24h。6.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述络合剂选自氨水、碳酸氢铵、氯化铵、水杨酸钠、乙二胺四乙酸中的至少一种；和/或，所述沉淀剂选自NaOH、K...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢雷，
申请(专利权)人：北京车和家汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：