本发明专利技术公开了一种高镍三元前驱体材料、正极材料及制备方法和应用，涉及锂电池技术领域。通过制备同时含有金属氢氧化物和金属碳酸盐的前驱体基材，由于金属碳酸盐的颗粒具有多孔特性，同时前驱体基材还具有条形孔隙，使前驱体基体具有条形孔隙和局部多孔的特性，有助于减少高镍材料脱嵌锂过程中的应力释放，稳定结构，降低形变，从而制备高安全高循环的正极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，具体而言，涉及一种高镍三元前驱体材料、正极材料及制备方法和应用。
技术介绍
1、目前锂离子电池快速发展，对里程和循环寿命都提出了更高的要求，如何提升行驶里程同时延长使用寿命成为研究重点。高镍正极材料目前已被广泛研究，一般而言，随着镍含量越高，容量越高，但使用寿命往往越低。
2、此外，高镍正极材料在循环过程易发生相转变、体系收缩膨胀产生形变，易形成微裂纹并扩展，使高镍锂电池使用寿命快速缩减。因此，如何降低体积变化、相转变、减少释氧及产气成为亟需解决的技术问题。
3、鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高镍三元前驱体材料、正极材料及制备方法和应用，旨在制备结构稳定且循环性能好的高安全材料。
2、本专利技术是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术提供一种高镍三元前驱体材料，包括前驱体基体，前驱体基体上具有条形孔隙，前驱体基体中含有金属氢氧化物和金属碳酸盐，前驱体基体的化学式为nixcoymz(oh)2.nixcoymzco3；
4、其中，m表示锰和铝中的至少一种，0.80≤x≤0.95，0≤y≤0.20，0≤z≤0.20。
5、在可选的实施方式中，前驱体基体的颗粒粒径d50为3μm-50μm，条形孔隙的孔隙直径为0.01μm-1μm，前驱体基体的整体孔隙率为3%-15%；
6、优选地，金属氢氧化物和金属碳酸盐的质量比为（30%-300%）：1；</p>7、优选地，在前驱体基体中，金属氢氧化物分布于金属碳酸盐孔隙中。
8、第二方面，本专利技术提供一种前述实施方式中高镍三元前驱体材料的制备方法，包括：提供金属碳酸盐颗粒，在金属碳酸盐颗粒的内外表面沉积氢氧化铝和金属氢氧化物，然后通过在强碱条件下溶解氢氧化铝，以形成条形孔隙。
9、在可选的实施方式中，包括：
10、采用共沉淀的方法形成粒径d50为3μm-50μm的金属碳酸盐颗粒，得到混合溶液a；
11、将混合溶液a与铝源混合反应，在金属碳酸盐颗粒的内外表面沉积氢氧化铝，得到混合溶液b；
12、将混合溶液b与镍源、钴源和m源混合，在无机碱作为沉淀剂的条件下反应，反应过程中开启过滤阀，在金属碳酸盐颗粒的孔隙中沉积金属氢氧化物，得到混合溶液c；
13、将混合溶液c在ph值大于等于14的条件下反应，以溶解氢氧化铝；
14、其中，制备过程包括以下特征（a）~（d）中的至少一者：
15、特征（a）：制备混合溶液a的过程包括：将镍源、钴源和m源混合溶解得到金属总浓度为1mol/l-3mol/l的第一混合盐溶液，将第一混合盐溶液和碳酸盐溶液通入反应釜，在ph值为7.5-8.0的条件下进行共沉淀，形成二次球粒径d50为3μm-50μm的金属碳酸盐颗粒，反应过程中控制固含量为20%-50%；碳酸盐溶液为浓度200g/l-300g/l的碳酸钠溶液；
16、特征（b）：制备混合溶液b的过程包括：将混合溶液a与铝源混合，在ph大于等于12的条件下溶解，然后调整ph值至10.5-11.2，使铝沉积在金属碳酸盐颗粒的内外表面；通过控制铝源的用量，使铝与制备混合溶液a过程中通入的金属元素总量的摩尔比为（0.1-2）：100；铝源为偏铝酸盐；
17、特征（c）：制备混合溶液c的过程包括：将镍源、钴源和m源混合溶解得到金属总浓度为1mol/l-3mol/l的第二混合盐溶液，将第二混合盐溶液通入混合溶液b中，同时加入氨水溶液和无机碱溶液，控制反应ph值为10.5-11.2，体系中氨值为4.5g/l-5.5g/l，反应过程中控制体系中固含量为20%-50%；
18、特征（d）：将混合溶液c在强碱条件下溶解氢氧化铝之后，进行固液分离，将得到的固体物料进行洗涤。
19、第三方面，本专利技术提供一种高镍三元正极材料的制备方法，包括：以前述实施方式中任一项高镍三元前驱体材料或前述实施方式中任一项制备方法制备得到的高镍三元前驱体材料进行制备。
20、在可选的实施方式中，包括：将高镍三元前驱体材料与锂源、第一添加剂和第二添加剂混合进行一次烧结得到正极材料中间体，将正极材料中间体与第三添加剂混合进行二次烧结；
21、其中，其中，制备过程包括以下特征（e）~（g）中的至少一者：
22、特征（e）：第一添加剂中含有的第一掺杂元素选自zr、al和mg中的至少一种，控制第一掺杂元素的掺杂量为500ppm-10000ppm；
23、特征（f）：第二添加剂中含有的第二掺杂元素选自w、mo和ta中的至少一种，控制第二掺杂元素的掺杂量为1000ppm-20000ppm；
24、特征（g）：第三添加剂中含有的第三掺杂元素选自b和p中的至少一种，控制第三掺杂元素的掺杂量为500ppm-10000ppm；
25、特征（h）：在一次烧结的过程中，先在500℃-600℃的条件下烧结1h-4h，然后在650℃-750℃的条件下烧结10h-15h；
26、特征（i）：将正极材料中间体与含第三添加剂的溶液混合后，先进行干燥，再进行二次烧结，控制烧结温度为250℃-350℃，烧结时间为3h-8h；
27、特征（g）：一次烧结和二次烧结均在含氧气氛中进行，含氧气氛的氧含量大于99%。
28、第四方面，本专利技术提供一种高镍三元正极材料，包括正极材料基体，正极材料基体上具有条形孔隙，正极材料基体的化学式为linixcoymz；
29、其中，m表示锰和铝中的至少一种，0.80≤x≤0.95，0≤y≤0.20，0≤z≤0.20；
30、优选地，正极材料基体的颗粒粒径d50为3μm-50μm，条形孔隙的孔隙直径为0.01 μm-1μm，正极材料基体的整体孔隙率为3%-15%；
31、更优选地，正极材料基体中含有第一掺杂元素、第二掺杂元素和第三掺杂元素，第一掺杂元素选自zr、al和mg中的至少一种，第一掺杂元素的掺杂量为500ppm-10000ppm；第二掺杂元素选自w、mo和ta中的至少一种，第二掺杂元素的掺杂量为1000ppm-20000ppm；第三掺杂元素选自b和p中的至少一种，第三掺杂元素的掺杂量为500ppm-10000ppm。
32、第五方面，本专利技术提供一种正极极片，包括前述实施方式的高镍三元正极材料或前述实施方式中任一项制备方法制备得到的高镍三元正极材料。
33、第六方面，本专利技术提供一种锂电池，包括前述实施方式的正极极片。
34、第七方面，本专利技术提供一种用电装置，包括前述实施方式的锂电池。
35、本专利技术具有以下有益效果：通过制备同时含有金属氢氧化物和金属碳酸盐的前驱体基材，由于金属碳酸盐的颗粒具有多孔特性，同时前驱体基材还具有条形孔隙，使前驱体基体具有条形孔隙和局部多孔的特性，有助于减少高镍材料脱嵌锂过程中的应本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种高镍三元前驱体材料，其特征在于，包括前驱体基体，所述前驱体基体上具有条形孔隙，所述前驱体基体中含有金属氢氧化物和金属碳酸盐，所述前驱体基体的化学式为NixCoyMz(OH)2.NixCoyMzCO3；
2.根据权利要求1所述的高镍三元前驱体材料，其特征在于，所述前驱体基体的颗粒粒径D50为3μm-50μm，所述条形孔隙的孔隙直径为0.01μm-1μm，所述前驱体基体的整体孔隙率为3%-15%；
3.一种权利要求1或2中所述高镍三元前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括：提供金属碳酸盐颗粒，在所述金属碳酸盐颗粒的内外表面沉积氢氧化铝和金属氢氧化物，然后通过在强碱条件下溶解所述氢氧化铝，以形成所述条形孔隙。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括：
5.一种高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：以权利要求1-2中任一项所述高镍三元前驱体材料或权利要求3-4中任一项所述制备方法制备得到的高镍三元前驱体材料进行制备。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括：将所述高镍三元前驱体材料与锂源、第一添加剂和第二添加剂混合进行一次烧结得到正极材料中间体，将所述正极材料中间体与第三添加剂混合进行二次烧结；
7.一种高镍三元正极材料，其特征在于，包括正极材料基体，所述正极材料基体上具有条形孔隙，所述正极材料基体的化学式为LiNixCoyMz；
8.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求7所述的高镍三元正极材料或权利要求5-6中任一项所述制备方法制备得到的高镍三元正极材料。
9.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求8所述的正极极片。
10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求9所述的锂电池。
...
【技术特征摘要】
1.一种高镍三元前驱体材料，其特征在于，包括前驱体基体，所述前驱体基体上具有条形孔隙，所述前驱体基体中含有金属氢氧化物和金属碳酸盐，所述前驱体基体的化学式为nixcoymz(oh)2.nixcoymzco3；
2.根据权利要求1所述的高镍三元前驱体材料，其特征在于，所述前驱体基体的颗粒粒径d50为3μm-50μm，所述条形孔隙的孔隙直径为0.01μm-1μm，所述前驱体基体的整体孔隙率为3%-15%；
3.一种权利要求1或2中所述高镍三元前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括：提供金属碳酸盐颗粒，在所述金属碳酸盐颗粒的内外表面沉积氢氧化铝和金属氢氧化物，然后通过在强碱条件下溶解所述氢氧化铝，以形成所述条形孔隙。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括：
5.一种高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，包...
【专利技术属性】
技术研发人员：何飞雄，谭铁宁，朱高龙，牟泽瑶，
申请(专利权)人：四川新能源汽车创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。