【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，特别是涉及一种镁锆掺杂前驱体、正极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、近年来，随着新能源行业和汽车产业的不断发展，人们对电动汽车、电动自行车等用电装置的需求越来大，由此，对电池的性能要求也越来越高。
2、锂电池是常用的动力电池，其中，镍酸锂正极材料具有高的能量密度，是常用的锂电池的正极材料之一，但是其缺点也尤为明显，结构稳定性和界面稳定性较差，循环过程中容易发生不可逆相变，由层状结构逐步向岩盐结构转变，表面的相变会向颗粒内部延伸，颗粒产生晶间裂纹和晶内裂纹，最终导致电池失效，且首效较低，限制了电池性能的提升。
3、因此，传统技术仍有待改进。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术提供了一种能同时提高电池循环性能和首效的镁锆掺杂前驱体、正极材料及其制备方法与应用。
2、本专利技术的一个方面，提供一种镁锆掺杂前驱体，所述镁锆掺杂前驱体的化学组分满足：ni(1-x-y)zrymgz(oh)2；
3、其中，0<x<0.015，0<y<0.015。
4、上述镁锆掺杂前驱体中，掺杂了特定量的镁和锆，采用该镁锆掺杂前驱体制备正极材料时，一方面，可以稳定碱金属离子层和过渡金属离子层，增大层间距，并且稳定晶体层状结构，增强相变可逆性，即在保持较高能量密度的同时，提升了正极材料的结构稳定性；另一方面，掺杂了特定量的镁和锆，能提高正极材料的电导率和离子扩散速率，同时能提高制得的正极材料的颗粒球形度和
5、且相对于传统技术中常用的掺杂元素钴，上述镁锆掺杂前驱体中的掺杂元素mg和zr更便宜，能进一步降低成本。
6、本申请另一方面，提供上述镁锆掺杂前驱体的制备方法，包括如下步骤：
7、按照所述镁锆掺杂前驱体的化学组分提供前驱原料：镍盐、锆盐和镁盐；
8、将所述前驱原料、络合剂与碱性水溶液混合进行络合沉淀反应，然后进行陈化处理，制备所述镁锆掺杂前驱体。
9、在其中一些实施例中，以所述前驱原料、所述络合剂和碱性水溶液的混合液的体积为基准，所述络合剂的浓度为0.5mol/l~2mol/l；和/或
10、所述络合沉淀反应的过程中，反应体系的ph值为10~12。
11、在其中一些实施例中，所述络合沉淀反应的温度为40℃~80℃；和/或
12、所述陈化处理的温度为40℃~80℃，时间为1h~24h。
13、在其中一些实施例中，将所述前驱原料、络合剂与碱性水溶液混合的步骤中，所述前驱原料以前驱原料的水溶液的形式加入，所述前驱原料的水溶液包括镍盐溶液、锆盐溶液和镁盐溶液，所述镍盐溶液中的镍离子的浓度为0.5mol/l~2.5mol/l，所述镁盐溶液中的镁离子的浓度为0.01mol/l~0.1mol/l，所述锆盐溶液中的锆离子的浓度为0.01mol/l~0.1mol/l；和/或
14、将所述前驱原料、络合剂与碱性水溶液混合的步骤中，所述络合剂以络合剂的水溶液的形式加入，所述络合剂的水溶液的浓度为0.2mol/l~2mol/l；和/或
15、所述碱性水溶液的浓度为1mol/l~5mol/l。
16、在其中一些实施例中，将所述前驱原料、络合剂与碱性水溶液混合的步骤如下：
17、将所述镍盐溶液、所述锆盐溶液、所述镁盐溶液及所述碱性水溶液泵入所述络合剂的水溶液中，所述镍盐溶液的泵入流速为1ml/min~50ml/min，所述锆盐溶液的泵入流速为1ml/min~10ml/min，所述镁盐溶液的泵入流速为1ml/min~10ml/min，所述碱性水溶液的泵入流速为1 ml/min~50 ml/min。
18、在其中一些实施例中，所述镍盐选自硫酸镍、氯化镍与硝酸镍中的一种或多种；和/或
19、所述镁盐选自硫酸镁、氯化镁、硝酸镁中的一种或多种；和/或
20、所述锆盐选自硫酸锆、氯化锆、硝酸锆中的一种或多种；和/或
21、所述络合剂选自氨水、碳酸氢铵中的一种或多种；和/或
22、所述碱性水溶液中的碱性物质选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种。
23、本申请一实施方式，还一种正极材料，所述正极材料的化学组分满足：lini(1-x-y)zrymgy(oh)2；其中，0<x<0.015，0<y<0.015。
24、上述正极材料中，掺杂了特定量的镁和锆，一方面，可以稳定碱金属离子层和过渡金属离子层，增大层间距，并且稳定晶体层状结构，增强相变可逆性，即在保持较高能量密度的同时，提升了正极材料的结构稳定性；另一方面，掺杂了特定量的镁和锆，能提高正极材料的电导率和离子扩散速率，同时能提高正极材料的颗粒球形度和尺寸一致性，表面一次颗粒结晶度高，并且内部结构致密，可以改善了传统的高镍前驱体普遍存在的二次球裂纹问题。如此，该正极材料用于制备电池时，能同时提高电池的充放电性能和循环稳定性，且保持良好的能量密度。
25、本专利技术的另一方面，提供上述正极材料的制备方法，包括如下步骤：
26、提供制备原料，所述制备原料包括：上述的镁锆掺杂前驱体或上述的镁锆掺杂前驱体的制备方法制得的镁锆掺杂前驱体中的至少一种，及锂源；
27、将所述制备原料进行混合并煅烧处理，制备所述正极材料。
28、在其中一些实施例中，所述煅烧处理的温度为600℃~800℃，时间为10h~20 h；和/或
29、所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂和柠檬酸锂中的一种或多种；和/或
30、所述镁锆掺杂前驱体与所述锂源中锂元素的摩尔比为1：1.05~1.10。
31、本专利技术的又一方面，还提供一种正极片，所述正极片包括上述的正极材料或如上述的正极材料的制备方法制得的正极材料。
32、本专利技术的另一方面，提供一种电池，所述电池包括上述的正极材料或如上述的正极材料的制备方法制得的正极材料或上述的正极片。
33、本专利技术的又一方面，还提供一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如上所述的电池。
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1.一种镁锆掺杂前驱体，其特征在于，所述镁锆掺杂前驱体的化学组分满足：Ni(1-x-y)ZryMgz(OH)2；
2.如权利要求1所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，以所述前驱原料、所述络合剂和碱性水溶液的混合液的体积为基准，所述络合剂的浓度为0.5mol/L~2mol/L；和/或
4.如权利要求2~3任一项所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，所述络合沉淀反应的温度为40℃~80℃；和/或
5.如权利要求2~3任一项所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，将所述前驱原料、络合剂与碱性水溶液混合的步骤中，所述前驱原料以前驱原料的水溶液的形式加入，所述前驱原料的水溶液包括镍盐溶液、锆盐溶液和镁盐溶液，所述镍盐溶液中的镍离子的浓度为0.5mol/L~2.5mol/L，所述镁盐溶液中的镁离子的浓度为0.01mol/L~0.1mol/L，所述锆盐溶液中的锆离子的浓度为0.01mol/L~0.1mol/L；和/或
6.如权利要求5所述的镁
7.如权利要求2~3任一项所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，所述镍盐选自硫酸镍、氯化镍与硝酸镍中的一种或多种；和/或
8.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学组分满足：LiNi(1-x-y)ZryMgy(OH)2；其中，0<x<0.015，0<y<0.015。
9.如权利要求8所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.如权利要求9所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度为600℃~800℃，时间为10h~20 h；和/或
11.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括如权利要求8所述的正极材料或如权利要求9~10任一项所述的正极材料的制备方法制得的正极材料。
12.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求8所述的正极材料或如权利要求9~10任一项所述的正极材料的制备方法制得的正极材料或如权利要求11所述的正极片。
13.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求12所述的电池。
...【技术特征摘要】
1.一种镁锆掺杂前驱体，其特征在于，所述镁锆掺杂前驱体的化学组分满足：ni(1-x-y)zrymgz(oh)2；
2.如权利要求1所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，以所述前驱原料、所述络合剂和碱性水溶液的混合液的体积为基准，所述络合剂的浓度为0.5mol/l~2mol/l；和/或
4.如权利要求2~3任一项所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，所述络合沉淀反应的温度为40℃~80℃；和/或
5.如权利要求2~3任一项所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特征在于，将所述前驱原料、络合剂与碱性水溶液混合的步骤中，所述前驱原料以前驱原料的水溶液的形式加入，所述前驱原料的水溶液包括镍盐溶液、锆盐溶液和镁盐溶液，所述镍盐溶液中的镍离子的浓度为0.5mol/l~2.5mol/l，所述镁盐溶液中的镁离子的浓度为0.01mol/l~0.1mol/l，所述锆盐溶液中的锆离子的浓度为0.01mol/l~0.1mol/l；和/或
6.如权利要求5所述的镁锆掺杂前驱体的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：荣常如，程方益，陈书礼，侯志琛，王君君，刘奎明，高敬莞，黄立城，姜云峰，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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