[發(fā)明專利]半定型正極材料前驅(qū)體的制備方法及制得的正極材料前驅(qū)體、正極材料、鋰離子電池和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109449435A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭江峰;楊娟;張晨;唐攀
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東佳納能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/50
• 分類號: H01M4/50;H01M4/52;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡志成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李進(jìn)

本發(fā)明公開了一種半定型正極材料前驅(qū)體的制備方法及制得的正極材料前驅(qū)體、正極材料、鋰離子電池和應(yīng)用，涉及正極材料技術(shù)領(lǐng)域。方法包括：向含有底液的反應(yīng)裝置底部和溢流口處通入保護(hù)氣體，先并流加入混合鹽溶液和絡(luò)合劑溶液，再加入沉淀劑溶液混合反應(yīng)，得到前驅(qū)體；底液包括水、堿金屬氫氧化物和分散劑；反應(yīng)參數(shù)：pH 10.0?12.0，溫度30?60℃，速度200?600r/min，進(jìn)料總量100?500L/h以及OH^?濃度5?15g/L。本發(fā)明方法能夠保證元素在原子水平上均勻混合，不會發(fā)生元素偏析現(xiàn)象，得到的前驅(qū)體晶體顆粒性能穩(wěn)定，焙燒成正極材料后在高溫充放電循環(huán)過程結(jié)構(gòu)也能保持穩(wěn)定，容量不會衰減。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種半定型正極材料前驅(qū)體的制備方法及制得的正極材料前驅(qū)體、正極材料、鋰離子電池和應(yīng)用。

背景技術(shù)

三元正極材料憑借著其高比容量、低成本、長循環(huán)壽命以及可重復(fù)回收利用等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在3C數(shù)碼、電動工具等領(lǐng)域，近年來隨著電動汽車的快速發(fā)展，三元材料也被廣泛應(yīng)用在動力電池領(lǐng)域。現(xiàn)階段，國內(nèi)三元材料行業(yè)競爭激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度較快，過去鋰電消費市場使用較多的3C數(shù)碼類的NCM111和NCM523三元材料正面臨高能量密度、低成本更新?lián)Q代的尷尬局面，市場上部分商家開始力推高能量密度且低成本的中鎳型NCM622和高鎳型NCM811、NCA等三元材料。由于鎳鈷鋁在高溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高溫安全性差，且pH值過高易使單體脹氣，進(jìn)而容易引發(fā)危險，目前國內(nèi)的環(huán)境還不具備產(chǎn)業(yè)化的條件，因此高鎳NCM是動力電池行業(yè)產(chǎn)業(yè)化的主流方向。

前驅(qū)體在三元材料產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)重要位置，具有較高的技術(shù)壁壘，并對三元材料的品質(zhì)有重要影響，由于三元前驅(qū)體是一種技術(shù)難度較高且需要定制化的中間體，而前驅(qū)體研發(fā)和正極材料研發(fā)需要有良好的協(xié)同機(jī)制才能夠?qū)崿F(xiàn)高能量的輸出，因此提高共沉淀法制備三元前驅(qū)體的工藝技術(shù)，有利于企業(yè)在高端三元材料領(lǐng)域占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，提高核心競爭力。

目前制備高鎳三元材料前驅(qū)體的工藝均為定型工藝(制備出的前驅(qū)體具有一定形狀)，以這種工藝制備的高鎳三元材料在充放電循環(huán)過程中，由于三元材料內(nèi)部的相變和Li含量的變化，會引起晶體的膨脹，導(dǎo)致了顆粒表面裂紋的產(chǎn)生，這就促使材料內(nèi)部的過渡金屬元素溶解，電解液被氧化，正極界面膜的產(chǎn)生和生長，過渡金屬元素在負(fù)極表面析出會破壞負(fù)極表面的SEI膜，從而導(dǎo)致三元材料在循環(huán)過程中容量衰降和電壓衰降，在長期的循環(huán)中，由于顆粒內(nèi)部的相變的累積，也會造成材料顆粒的應(yīng)力逐漸增加，影響材料的長期循環(huán)穩(wěn)定性和電池的安全性。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種半定型正極材料前驅(qū)體的制備方法，能夠緩解上述問題中的至少一個。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種采用上述半定型正極材料前驅(qū)體的制備方法制得的正極材料前驅(qū)體，形貌呈類球形，類球形晶體顆粒性能穩(wěn)定，一致性好，焙燒單晶后尺寸更均一。

本發(fā)明的目的之三在于提供一種采用上述正極材料前驅(qū)體制得的正極材料，該正極材料在高溫充放電循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)能保持穩(wěn)定，容量衰減少。

本發(fā)明的目的之四在于提供一種采用上述正極材料制得的鋰離子電池，具有與上述正極材料相同的優(yōu)勢。

本發(fā)明的目的之五在于提供一種上述鋰離子電池在電子設(shè)備、電動工具或電動車輛中的應(yīng)用。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

第一方面，提供了一種半定型正極材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：

向含有底液的反應(yīng)裝置中通入保護(hù)氣體，然后先并流加入混合鹽溶液和絡(luò)合劑溶液，再加入沉淀劑溶液混合反應(yīng)，得到半定型正極材料前驅(qū)體；