[發(fā)明專利]一種單晶鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811119075.6
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109346718B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 秦顯忠;楊改;蔡飛鵬;王波;蔣波;陳花
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 孫維傲

本發(fā)明提供一種單晶鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體及其制備方法和應用，制備方法包括將可溶性鎳鹽、鈷鹽、錳鹽和/或摻雜金屬離子M的鹽溶解于去離子水中得到混合鹽溶液，混合鹽溶液與碳酸鹽溶液并流送入分散有表面活性劑的反應釜中攪拌反應，然后離心、水洗、干燥后即得單晶鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體，其化學式為Ni_xCo_yMn_zM_1?x?y?zCO₃，其中，M為摻雜金屬離子，0x0.8，0y0.4，0z0.4，0≤1?x?y?z≤0.1。制備工藝操作簡單、無需惰性氣氛或添加劑，可連續(xù)制備，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領域，具體涉及一種單晶鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

我國新能源汽車正處于飛速發(fā)展的重要時期，動力電池是新能源車的核心部件，而鋰離子電池憑借其優(yōu)異的綜合性能被認為是汽車動力電池首選。鋰離子動力電池正極材料種類較多，主要有鎳鈷錳酸鋰三元材料、磷酸鐵鋰、尖晶石錳酸鋰及其它新型材料，其中鎳鈷錳酸鋰三元正極材料因具有比容量高、循環(huán)壽命長、低毒、廉價及三種元素良好的協(xié)同效應而受到廣泛關(guān)注。

目前，國內(nèi)外合成的三元正極材料多為納米一次顆粒團聚形成的二次球形顆粒。然而，二次球形顆粒存在以下問題：(1)機械強度差，電極壓實過程中易破碎，材料內(nèi)部顆粒裸露，導致副反應和金屬離子溶出加劇，電化學性能下降；(2)二次球形顆粒球內(nèi)、球外一次顆粒小且結(jié)構(gòu)缺陷多，高電壓充放電結(jié)構(gòu)易坍塌；(3)二次球形顆粒內(nèi)部難以包覆，高電壓充放電過程中界面副反應多，造成材料結(jié)構(gòu)破壞；(4)二次球顆粒氣脹現(xiàn)象嚴重。研究發(fā)現(xiàn)，把三元正極材料做成單晶，不僅能夠提高材料高電壓下容量還可以有效改善材料的高溫循環(huán)、脹氣、容量恢復等方面的問題。市場上的單晶三元大多數(shù)是類單晶或者是較少數(shù)量的單晶顆粒團聚體。氫氧化物共沉淀法是目前制備鎳鈷錳前驅(qū)體常用的方法。雖然氫氧化物前驅(qū)體制備工藝能使得鎳、鈷、錳在達到均一分布，但鈷和錳的氫氧化物在堿性環(huán)境中很容易氧化，結(jié)果導致顆粒不易長大，形貌不易控制，不易得到合適粒徑的前驅(qū)體。對此很多研究者采用惰性氣體保護，或添加還原劑還需時刻監(jiān)控反應pH，但工藝控制要求很高，操作較為繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單晶鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體及其制備方法和應用，本發(fā)明制備的單晶鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體具有顆粒粒徑和形貌可控、分散性好且一次粒徑為微米級大單晶，對后續(xù)混鋰制備高振實密度和壓實密度、良好的電極加工性能及循環(huán)性能大晶粒鎳鈷錳酸鋰三元正極材料起到了至關(guān)重要的作用。而且本發(fā)明的制備工藝操作簡單、無需惰性氣氛或添加劑，可連續(xù)制備，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

具體地，本發(fā)明通過如下所述的技術(shù)方案實現(xiàn)：

首先，本發(fā)明提供了一種單晶鎳鈷錳酸鋰前驅(qū)體材料，其化學式為Ni_xCo_yMn_zM_1-x-y-zCO₃，其中，0x0.8，0y0.4，0z0.4，0≤1-x-y-z≤0.1；M為摻雜金屬離子，選自Al³⁺、Mg²⁺、V³⁺、W⁶⁺、Nb²⁺、Mo²⁺中的一種或多種，優(yōu)選為Al³⁺、Mg²⁺、V³⁺、W⁶⁺、Nb²⁺或Mo²⁺。

優(yōu)選地，0x≤0.75，0y≤0.2，0z≤0.2，0≤1-x-y-z≤0.1；更優(yōu)選地，0.5≤x≤0.75，0.1≤y≤0.2，0.1≤z≤0.2，0≤1-x-y-z≤0.1；更優(yōu)選地，0.6≤x≤0.75，0.1≤y≤0.2，0.1≤z≤0.2，0≤1-x-y-z≤0.05。