高镍正极前驱体材料及其制备方法和应用技术

本申请属于电池材料技术领域，尤其涉及一种高镍正极前驱体材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
高镍正极前驱体材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于电池材料
，尤其涉及一种高镍正极前驱体材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]目前随着新能源产业的发展，三元材料凭借其良好的电化学性能表现，较低的原材料成本，成为了替代钴酸锂的最佳锂电正极材料
。
尤其是高镍三元材料，目前已成为动力电池的首选材料
。
在高镍正极材料的制备中，为了防止锂源的挥发，一般会加入过量的锂源与前驱体
(
例如，
(1.05
～
1.2):1)
进行高温烧结，这将导致过量的锂存在于高镍正极材料颗粒的表面，这些残锂在烧结完成后主要以
Li2O
的形式存在材料表面，
Li2O
会与相应的水和二氧化碳反应生成
LiOH、LiHCO3和
Li2CO3等理化物，其中
LiHCO3和
Li2CO3等锂盐在充放电过程中，在电解液的作用下会发生分解产生
CO2，进而产生膨胀的问题，严重影响电芯的安全性能
。
此外，残锂的存在会导致电极和电解液的界面发生大量副反应，降低材料的放电比容量，影响电池的性能发挥
。
另一方面，三元材料中的镍元素呈碱性，暴露在空气中易吸收水分和
CO2，随着
Ni
含量增加，与表层残锂反应生成
LiOH
和
Li2CO3的概率越大
。
因此，高镍正极材料表面的残锂是导致电芯产气和水分的主要原因之一
。
降低高镍正极材料表面的残锂能够降低电芯在运行过程中产气和水，从而有效解决或缓解电池胀气及性能不佳的问题
。
[0003]目前，传统的残锂去除方式，采用溶液洗涤的方式进行，包括水洗
、
有机溶剂洗等
。
但是水洗不但浪费一定的水资源，而且洗涤工艺复杂存在多次洗涤方式，另外水洗可能会破坏材料的表面结构，进而影响正极材料的电化学性能
。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种高镍正极前驱体材料及其制备方法，以及一种高镍正极材料，一种正极片，一种二次电池，旨在一定程度上解决高镍正极材料中因残锂带来的产气和水问题
。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本申请提供一种高镍正极前驱体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]按高镍正极前驱体材料
Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
w
(OH)2中金属元素的化学计量比，获取金属原料组分，其中，
0.80<x<0.90
，
0.10<y<0.20
，
0≤z<0.10
，
0≤w<0.10
，且
x+y+z+w
＝1；
[0008]将所述金属原料组分配置成盐溶液后与沉淀剂溶液和络合剂溶液添加到除氧后的反应底液中，在第一惰性气氛下进行络合沉淀反应，得到高镍正极前驱体材料的粗产物；
[0009]对所述粗产物依次进行真空干燥，得到高镍正极前驱体材料，所述高镍正极前驱体材料中
CO2的质量百分含量低于
0.1
％
。
[0010]本申请第一方面提供的高镍正极前驱体材料的制备方法，按高镍正极前驱体材料获取金属原料组分后配置成盐溶液，然后与沉淀剂和络合剂共同添加到反应底液中，在惰性条件保证物料无氧化现象出现，进行络合沉淀反应，金属原料组分与络合剂和沉淀剂在
反应底液中自组装生成氢氧化物前驱体材料
。
制得高镍正极前驱体材料的粗产物后，进行真空干燥，既保证真空环境又能置换加热后产生的水汽，保证物料的水分合格，使得干燥得到的高镍正极前驱体材料中
CO2的质量百分含量低于
0.1
％
。
在惰性气氛条件下进行络合沉淀反应，且在前驱体合成结束获得粗产物后，采用抽真空式干燥，通过调节干燥过程中不同阶段的压力
、
时间
、
补气时间
、
抽气时间
、
循环时间等条件，实现降低高镍正极前驱体材料内部的碳含量
。
通过降低高镍正极前驱体材料内部的碳含量，减少其与残锂
(Li2O)
的反应生产
LiHCO3和
Li2CO3，降低在充放电过程中因
LiHCO3和
Li2CO3与电解质发生的分解反应或副反应，降低
CO2产生的量，进而改善产气问题及正极材料的电化学性能和电池的安全性能
。
[0011]第二方面，本申请提供一种高镍正极前驱体材料，所述高镍正极前驱体材料中
CO2的质量百分含量低于
0.1
％，所述高镍正极前驱体材料的化学通式表示为
Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
w
(OH)2，其中，
0.80<x<0.90
，
0.10<y<0.20
，
0≤z<0.10
，
0≤w<0.10
，且
x+y+z+w
＝
1。
[0012]本申请提供的高镍正极前驱体材料中
CO2的质量百分含量低于
0.1
％，降低了高镍正极前驱体材料内部的碳含量，从而减少了前驱体材料中碳与残锂
(Li2O)
反应生产
LiHCO3和
Li2CO3，有利于降低在充放电过程中因
LiHCO3和
Li2CO3与电解质发生的分解反应或副反应，降低
CO2产生的量，进而改善产气问题及正极材料的电化学性能和电池的安全性能
。
[0013]第三方面，本申请提供一种高镍正极材料，该高镍正极材料通过上述方法制备的高镍正极前驱体材料或者上述的高镍正极前驱体材料与锂源烧结制得
。
本申请提供的高镍正极材料，由上述
CO2的质量百分含量低于
0.1
％的高镍正极前驱体材料与锂源烧结制得，而三元正极材料对前驱体有继承性，前驱体材料的性质和理化指标直接影响正极材料，因而低碳含量的正极前驱体材料将降低了高镍正极材料中二氧化碳的含量
。
从而降低了高镍正极材料中碳与残锂
(Li2O)
反应生产
LiHCO3和
Li2CO3，有利于降低在充放电过程中因
LiHCO3和
Li2CO3与电解质发生的分解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高镍正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按高镍正极前驱体材料
Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
w
(OH)2中金属元素的化学计量比，获取金属原料组分，其中，
0.80<x<0.90
，
0.10<y<0.20
，
0≤z<0.10
，
0≤w<0.10
，且
x+y+z+w
＝1；将所述金属原料组分配置成盐溶液后与沉淀剂溶液和络合剂溶液添加到除氧后的反应底液中，在第一惰性气氛条件下进行络合沉淀反应，得到高镍正极前驱体材料的粗产物；对所述粗产物依次进行真空干燥处理，得到高镍正极前驱体材料，所述高镍正极前驱体材料中
CO2的质量百分含量低于
0.1
％
。2.
如权利要求1所述的高镍正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述真空干燥处理包括抽真空干燥阶段和补惰性气氛干燥阶段；和
/
或，所述真空干燥处理的温度条件为
110℃
～
150℃
，时长为
10h
～
20h。3.
如权利要求2所述的高镍正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述抽真空干燥阶段的条件包括：在温度为
110℃
～
50℃
，压力为
50Pa
～
100000Pa
的条件下干燥
1min
～
15h
；和
/
或，所述补惰性气氛干燥阶段的条件包括：在温度为
110℃
～
50℃
，压力为
0Pa
～
100000Pa
且大于所述抽真空干燥后体系中的压力，第二惰性气氛流速为
8kpa/min
～
12kpa/min
的条件下干燥
1min
～
15h。4.
如权利要求3所述的高镍正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述反应底液中氨值为
8.0g/L
～
16.0g/L
，
pH
值为
11.5
～
12.5
，温度为
50℃
～
70℃
；和
/
或，所述络合沉淀反应的条件包括：在氨值为
8.0g/L
～
16.0g/L
，
pH
值为
11.5
～
12.5
，惰性气氛流速为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔科伟，刘持欢，符军瑞，胡俊，黄旭春，吕林林，
申请(专利权)人：广东佳纳能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：