一种正极活性材料前驱体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种正极活性材料前驱体及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种正极活性材料前驱体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种正极活性材料前驱体及其制备方法和应用，涉及电池

。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有高放电比容量
、
长循环寿命
、
低自放电率
、
环境友好性的特点，在新能源行业中得到了广泛使用
。
随着新能源行业的快速发展，对锂离子电池的能量密度
、
安全性
、
循环寿命
、
制造成本都提出了更高的要求
。
[0003]高镍三元正极活性材料
(
例如三元镍钴锰
、
三元镍钴铝
)
有助于提高锂离子电池的能量密度，但是，随着镍元素含量的提高，正极活性材料的结构稳定性变差，表面容易发生相变，由层状结构逐步向尖晶石结构和岩盐结构转变，且转变过程不可逆，在充放电过程中，颗粒表面的相变会逐渐向内部延伸，导致颗粒产生裂纹而使正极活性材料脱嵌锂失效
。
[0004]正极活性材料前驱体是制备正极活性材料的主要原料，正极活性材料能够很好地继承前驱体内部结构的特征，因此，前驱体性能的好坏直接决定了正极活性材料的优劣
。
如何提供一种具有较好结构稳定性的正极活性材料前驱体，受到了本领域技术人员的关注
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种正极活性材料前驱体，其二次颗粒内部具有两种不同的孔隙率，内部的致密结构有助于提高正极活性材料的结构稳定性，避免脱嵌锂过程造成颗粒内部的裂纹和粉化，避免电解液进入颗粒内部引起的副反应，提高电池的循环性能和使用寿命；外部的疏松结构有利于提高正极活性材料的嵌锂量并有利于脱嵌锂过程，提高电池的电化学性能
。
[0006]本专利技术还提供上述正极活性材料前驱体的制备方法和应用
。
[0007]本专利技术第一方面提供一种正极活性材料前驱体，所述正极活性材料前驱体的化学组成为
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
(OH)2，
0.8≤x
＜
1.0、0
＜
y
＜
0.2
，
M
为
Mn、Al
中的一种；
[0008]所述正极活性材料前驱体包括二次颗粒，所述二次颗粒分为第一区域和第二区域，所述第一区域位于二次颗粒内部，所述第二区域位于第一区域远离颗粒中心的外侧，所述第一区域的平均孔隙率为3％～8％，第二区域的平均孔隙率为8％～
14
％；所述第一区域的平均孔隙率小于所述第二区域的平均孔隙率；
[0009]所述二次颗粒的半径为
D
，所述第一区域的半径
r1
为
0.5*D。
[0010]在一种具体实施方式中，所述二次颗粒的平均孔隙率为6％～
12
％
。
[0011]在一种具体实施方式中，所述二次颗粒的
D50
为5～
16
μ
m
，且
(D90
‑
D10)/D50
为
0.6
～
0.8。
[0012]在一种具体实施方式中，在
X
射线衍射图谱中，所述正极活性材料前驱体具有2θ
为
18
°
～
20
°
的
001
峰和2θ
为
38
°
～
40
°
的
101
峰，所述
001
峰和
101
峰的峰强度比值
I[001]/I[101]为
0.8
～
1.2。
[0013]在一种具体实施方式中，所述二次颗粒由一次颗粒堆叠形成，所述一次颗粒的长
度为
200
～
600nm
，宽度不超过
100nm。
[0014]本专利技术第二方面提供上述任一所述的正极活性材料前驱体的制备方法，包括如下步骤：
[0015]步骤
1、
制备得到混合盐溶液
、
氢氧化物溶液和络合剂溶液，其中，所述混合盐溶液包括镍盐
、
钴盐以及含有
M
元素的可溶性盐；
[0016]步骤
2、
将所述氢氧化物溶液和络合剂溶液加入到反应釜中，得到第一反应底液，所述第一反应底液的
N
值为
0.8
～
8g/L、pH
为
11.0
～
13.0
；
[0017]在保护气体氛围下，将所述混合盐溶液
、
氢氧化物溶液和络合剂溶液输入至反应釜中，进行第一晶化反应，待反应釜内固体颗粒的
D50
’
生长至目标
D50
的
40
％～
60
％
、
反应釜内第一反应浆料的固含量为
350
～
450g/L
时，收集第一反应浆料并进行离心得到第一颗粒；
[0018]步骤
3、
将所述氢氧化物溶液和络合剂溶液加入到反应釜中，得到第二反应底液，所述第二反应底液的
N
值为
0.8
～
8g/L、pH
为
9.0
～
12.0
；
[0019]在保护气体氛围下，将第一颗粒
、
混合盐溶液
、
氢氧化物溶液和络合剂溶液输入至反应釜中，控制反应釜内初始固含量为
25
～
225g/L
，进行第二晶化反应，待反应釜内固体颗粒的
D50
生长至目标
D50
时，停止进料，得到第二反应浆料；
[0020]步骤
4、
对所述第二反应浆料进行陈化
、
洗涤
、
离心
、
烘干
、
过筛后得到所述正极活性材料前驱体
。
[0021]在一种具体实施方式中，所述第一晶化反应的温度为
40
～
70℃
，保持反应体系的
N
值为
0.8
～
8g/L
，
pH
为
10.0
～
12.0
，反应时间为
60
～
80h。
[0022]在一种具体实施方式中，所述第二晶化反应的温度为
40
～
70℃
，保持反应体系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种正极活性材料前驱体，其特征在于，所述正极活性材料前驱体的化学组成为
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
(OH)2，
0.8≤x
＜
1.0、0
＜
y
＜
0.2
，
M
为
Mn、Al
中的一种；所述正极活性材料前驱体包括二次颗粒，所述二次颗粒分为第一区域和第二区域，所述第一区域位于二次颗粒内部，所述第二区域位于第一区域远离颗粒中心的外侧，所述第一区域的平均孔隙率为3％～8％，第二区域的平均孔隙率为8％～
14
％；所述第一区域的平均孔隙率小于所述第二区域的平均孔隙率；所述二次颗粒的半径为
D
，所述第一区域的半径
r1
为
0.5*D。2.
根据权利要求1所述的正极活性材料前驱体，其特征在于，所述二次颗粒的平均孔隙率为6％～
12
％
。3.
根据权利要求1所述的正极活性材料前驱体，其特征在于，所述二次颗粒的
D50
为5～
16
μ
m
，且
(D90
‑
D10)/D50
为
0.6
～
0.8。4.
根据权利要求1所述的正极活性材料前驱体，其特征在于，在
X
射线衍射图谱中，所述正极活性材料前驱体具有2θ
为
18
°
～
20
°
的
001
峰和2θ
为
38
°
～
40
°
的
101
峰，所述
001
峰和
101
峰的峰强度比值
I[001]/I[101]
为
0.8
～
1.2。5.
根据权利要求1所述的正极活性材料前驱体，其特征在于，所述二次颗粒由一次颗粒堆叠形成，所述一次颗粒的长度为
200
～
600nm
，宽度不超过
100nm。6.
一种权利要求1～5任一项所述的正极活性材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
1、
制备得到混合盐溶液
、
氢氧化物溶液和络合剂溶液，其中，所述混合盐溶液包括镍盐
、
钴盐以及含有
M
元素的可溶性盐；步骤
2、
将所述氢氧化物溶液和络合剂溶液加入到反应釜中，得到第一反应底液，所述第一反应底液的
N
值为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭东，柏扬，宫川敏夫，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：