一种高镍单晶三元正极材料及其制备方法技术

本公开涉及一种高镍单晶三元正极材料及其制备方法，配制含有镍源

【技术实现步骤摘要】
一种高镍单晶三元正极材料及其制备方法


[0001]本公开涉及锂离子电池材料领域，具体地，涉及一种高镍单晶三元正极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]当前新能源汽车市场发展迅速
。
高镍层状多晶形貌的正极材料已经商业化并趋向于成熟
。
由于多晶材料颗粒是由一次颗粒团聚成的二次颗粒，在循环过程中存在各向异性的应力，随着循环过程的推进，二次颗粒会产生微裂纹，电解液渗入，加剧副反应发生，甚至发生颗粒粉化，材料降解，电化学性能下降，这也对电池的安全提出了挑战
。
针对以上问题，现在主要的方法就是体相掺杂和表面包覆，或者做成核壳结构等
。
另一种可行的方法是将材料做成单晶形貌，由于单晶内部不存在晶界，不易产生微裂纹，可以有效抑制界面副反应的发生，使其具有较好的循环性能和热稳定性能
。
但因
Li
+
在单晶颗粒中的迁移路径变长，使其倍率性能变差
。
另外，制备单晶需要更高的烧结温度，生产成本高
。

技术实现思路

[0003]本公开的目的是提供一种高镍单晶三元正极材料及其制备方法，制备该高镍单晶三元正极材料所需的烧结温度较低，该材料具有良好的倍率性能及循环稳定性
。
[0004]为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种制备高镍单晶三元正极材料的方法，所述方法包括如下步骤：
[0005](1)
配制含有镍源
、
钴源和锰源的镍钴锰料液；将所述镍钴锰料液
、
沉淀剂
、
络合剂和分散剂混合，反应后分离沉淀物，进行第一烧结后第一粉碎过筛，得到镍钴锰前驱体；
[0006](2)
将镍钴锰前驱体与锂源
、
掺杂剂混合，进行第二烧结后第二粉碎过筛，得到高镍单晶三元正极材料；
[0007]所述掺杂剂含有的金属元素为
Zr、Mg、Ce、La、Al、Ti、Sr、Y、W
和
Nb
中的一种或几种
。
[0008]可选地，步骤
(1)
中所述镍钴锰料液中镍钴锰的总浓度为2～
4mol/L
；步骤
(1)
所述反应条件包括：搅拌速度为
300
～
500rpm
，温度为
35
～
45℃
，将氩气通入到液面以下，流速为
50
～
100mL/min
，
pH
值为
10.5
～
11.5
；所述分离沉淀物的方式采用真空抽滤
。
[0009]可选地，步骤
(1)
中所述分散剂的质量为镍钴锰前驱体重量的1～
10wt
％
。
所述分散剂为多元醇
、
碳原子数为2～
20
的饱和脂肪酸和碳原子数为2～
20
的醚中的一种或多种，优选为聚乙二醇
、
乙二醇
、
丙二醇
、
丙三醇
、
十二烷酸和乙丁醚中的一种或多种
。
[0010]可选地，步骤
(1)
中所述络合剂为氨水和柠檬酸钠中的一种或几种；所述沉淀剂为
NaOH
溶液
、NaHCO3溶液和
Na2CO3溶液中的一种或几种；所述锂源选自单水氢氧化锂
、
无水氢氧化锂
、
碳酸锂和氧化锂中的一种，优选为单水氢氧化锂
。
[0011]可选地，步骤
(1)
中，所述第一粉碎过筛的筛网孔径为
23
～
38
μ
m
，所述镍钴锰前驱体的
D50
粒径为2～6μ
m
；步骤
(2)
中，所述第二粉碎过筛的筛网孔径为
38
～
48
μ
m
，所述高镍单晶三元正极材料的
D50
粒径为2～5μ
m。
[0012]可选地，步骤
(2)
中，所述镍钴锰前驱体中
(Ni+Co+Mn)
的总含量与所述锂源中
Li
的摩尔比为
1:(1.005
～
1.050)。
[0013]可选地，所述掺杂剂包括所述金属元素的氧化物
、
氢氧化物
、
草酸盐
、
醋酸盐
、
硝酸盐和碳酸盐中的一种或几种；所述掺杂剂含有的金属元素的添加量为镍钴锰前驱体重量的
0.05
～
0.5wt
％
。
[0014]可选地，步骤
(1)
中所述的第一烧结的条件包括：烧结温度为
500
～
650℃
，烧结时间为4～
8h
；步骤
(2)
中，所述第二烧结在纯氧气氛下进行；所述第二烧结为分段式烧结，所述分段式烧结包括第一段烧结和第二段烧结，所述第一段烧结的温度为
500
～
550℃
，保温时间为3～
6h
；所述第二段烧结的温度为
800
～
850℃
，保温时间为
10
～
16h。
[0015]本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的方法制备得到的高镍单晶三元正极材料，所述高镍单晶三元正极材料的
D50
粒径为2～5μ
m。
[0016]可选地，所述高镍单晶三元正极材料化学式如式
(I)
所示：
LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2(I)
，其中，
0.75≤x≤0.95
，
y
＞0，
z
＞0，其中，
x、y、z
的关系为
x+y+z
＝
1。
[0017]通过上述技术方案，本公开通过配制含有镍源
、
钴源和锰源的镍钴锰料液，将镍钴锰料液
、
沉淀剂
、
络合剂和分散剂混合，反应后分离沉淀物，进行烧结后粉碎过筛，得到镍钴锰前驱体；将镍钴锰前驱体与锂源
、
掺杂剂混合，烧结后粉碎过筛，得到高镍单晶三元正极材料；该制备方法所需的烧结温度较低，制备得到的高镍单晶三元正极材料具有良好的倍率性能及循环稳定性
。
本公开的制备方法操作简单
、
成本低廉
、
环境友好，有利于大规模生产
。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种制备高镍单晶三元正极材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)
配制含有镍源
、
钴源和锰源的镍钴锰料液；将所述镍钴锰料液
、
沉淀剂
、
络合剂和分散剂混合，反应后分离沉淀物，进行第一烧结后第一粉碎过筛，得到镍钴锰前驱体；
(2)
将镍钴锰前驱体与锂源
、
掺杂剂混合，进行第二烧结后第二粉碎过筛，得到高镍单晶三元正极材料；所述掺杂剂含有的金属元素为
Zr、Mg、Ce、La、Al、Ti、Sr、Y、W
和
Nb
中的一种或几种
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
中所述的镍钴锰料液中镍钴锰的总浓度为2～
4mol/L
；步骤
(1)
所述反应的条件包括：搅拌速度为
300
～
500rpm
，温度为
35
～
45℃
，将氩气通入到液面以下，流速为
50
～
100mL/min
，
pH
值为
10.5
～
11.5
；所述分离沉淀物的方式采用真空抽滤
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
中所述分散剂的质量为镍钴锰前驱体质量的1～
10wt
％；所述分散剂为多元醇
、
碳原子数为2～
20
的饱和脂肪酸和碳原子数为2～
20
的醚中的一种或多种，优选为聚乙二醇
、
乙二醇
、
丙二醇
、
丙三醇
、
十二烷酸和乙丁醚中的一种或多种
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤
(1)
中所述络合剂为氨水和柠檬酸钠中的一种或几种；所述沉淀剂为
NaOH
溶液
、NaHCO3溶液和
Na2CO3溶液中的一种或几种；所述锂源选自单水氢氧化锂
、
无水氢氧化锂
、
碳酸锂和氧化锂中的一种，优选为单水氢氧化锂
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述第一粉碎过筛的筛网孔径为
23
～
38
μ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宝华，张伟，王克伟，杨李娜，刘会，赵岩，哈钧川，熊家祥，王殿纲，王海峰，
申请(专利权)人：山东友邦科思茂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：