[發(fā)明專利]一種高鎳三元前驅(qū)體、正極材料以及制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202011186637.6 | 申請(qǐng)日： | 2020-10-30 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN112250091A | 公開（公告）日： | 2021-01-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 張寶;王振宇 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 浙江帕瓦新能源股份有限公司 |
| 主分類號(hào)： | C01D15/08 | 分類號(hào)： | C01D15/08;C01G53/00;C01G53/06;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 北京天盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421 | 代理人： | 李瓊芳;肖小龍 |
| 地址： | 312000 浙*** | 國(guó)省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 三元 前驅(qū) 正極 材料 以及 制備 方法 | ||
本發(fā)明屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空心多孔的高鎳三元正極材料、其前驅(qū)體、以及制備方法。把納米級(jí)Li2CO3作為一次晶種，通入可溶性Ni鹽在Li2CO3表面生成NiCO3保護(hù)層，得到Li2CO3/NiCO3二次晶種；可溶性Ni、Co、Mn鹽在Li2CO3/NiCO3二次晶種表面進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，生成Li2CO3/NiCO3/NCM多層核殼結(jié)構(gòu)的三元前驅(qū)體；將前驅(qū)體與鋰源在合適的氣氛中混合燒結(jié)，破磨、過(guò)篩后得到空心多孔的高鎳三元正極材料。本發(fā)明制得的Li2CO3/NiCO3/NCM多層核殼三元正極前驅(qū)體具有粒徑分布均勻、生產(chǎn)周期短的特點(diǎn)，燒結(jié)后得到的空心多孔結(jié)構(gòu)的高鎳NCM三元正極材料，其中心及內(nèi)部的預(yù)留空間和孔隙可減少Li+脫嵌過(guò)程中的體積應(yīng)變，形成特定的Li+遷移通道，提高了鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。核內(nèi)的鋰和鎳能夠減少燒結(jié)過(guò)程中鋰的揮發(fā)損失以及增加比容量。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域，主要涉及鋰離子電池材料，具體涉及一種空心多孔的單晶型高鎳三元正極材料及前驅(qū)體、以及制備方法。
背景技術(shù)
隨著新能源汽車的加速發(fā)展，鎳鈷錳/鋁酸鋰三元正極材料、特別是高鎳(鎳含量大于70%)材料由于其性能和成本的綜合指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)的鈷酸鋰和磷酸鐵鋰，成為后起之秀。其中，高鎳三元材料具有低成本、能量密度高及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)下鋰離子電池正極材料的研究熱點(diǎn)之一。
目前，在三元正極材料制備過(guò)程中，大多是先制備三元前驅(qū)體，再與鋰源混合燒結(jié)，得到三元正極材料。三元正極材料中Ni含量的提高可以進(jìn)一步提高容量，滿足能量密度的需求，但也帶來(lái)一系列新問(wèn)題，主要可分為表面問(wèn)題和體相問(wèn)題，如：（1）高鎳三元材料在脫嵌鋰的過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積的膨脹收縮，造成球狀結(jié)構(gòu)破裂，從而影響材料循環(huán)穩(wěn)定性。（2）正極材料在高溫富氧氣氛中長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)，必然導(dǎo)致鋰的揮發(fā)損失，從而導(dǎo)致材料中的晶格缺陷對(duì)材料性能的不利影響。（3）為了防止此類問(wèn)題的發(fā)生，必須加入過(guò)量比例的鋰以補(bǔ)償其在高溫煅燒時(shí)鋰揮發(fā)的量。但由于Ni2+的不穩(wěn)定性，其表面過(guò)量比例的鋰容易形成諸如LiOH 和 Li2CO3 之類的堿性物質(zhì)（殘堿），殘堿對(duì)三元材料的工藝和性能均有不利影響，如造成容量衰減，阻礙鋰離子的擴(kuò)散等。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種具備空心多孔結(jié)構(gòu)的高鎳三元正極材料及其前驅(qū)體材料，以及制備方法。本發(fā)明提供的高鎳三元正極材料具有高容量、循環(huán)性能好、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種高鎳三元前驅(qū)體，其為L(zhǎng)i2CO3/NiCO3/NCM多層核殼結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層為半徑約400~600nm的Li2CO3核，第二層為厚度約為400~600 nm的NiCO3層，第三層為厚度約為2.5~3.5μm的NixCoyMnz(OH)2層（x+y+z=1，x≥0.7），一次顆粒呈細(xì)長(zhǎng)針狀或薄片狀。
上述高鎳三元前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：
（1）將納米級(jí)Li2CO3作為一次晶種加入晶種反應(yīng)器中，再加入可溶性Ni鹽，反應(yīng)一段時(shí)間后，用微孔過(guò)濾器過(guò)濾，得到Li2CO3/NiCO3二次晶種；
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