[發(fā)明專(zhuān)利]一種富多面體的復(fù)合相前驅(qū)體及其制備方法和富鋰正極材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111175981.X
• 申請(qǐng)日: 2021-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113912137A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董亮辰;錢(qián)云龍;劉瑞;劉永鵬;嚴(yán)旭豐;陳宇;馮道言;李琮熙;劉相烈
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寧波容百新能源科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01G53/00
• 分類(lèi)號(hào): C01G53/00;C01G45/00;C01G45/12;H01M4/48;H01M4/485;H01M4/50;H01M4/505;H01M4/52;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲

本發(fā)明提供了一種富多面體的復(fù)合相前驅(qū)體。本發(fā)明提供的復(fù)合相前驅(qū)體為富多面體的二次球形顆粒，XRD譜圖上主相為碳酸鹽相，且2θ于18～19.5°存在衍射峰；基于該以碳酸鹽為主相的富多面體的復(fù)合相前驅(qū)體制備的富鋰正極循環(huán)性能顯著優(yōu)于基于純相碳酸鹽基體制備的富鋰正極。本發(fā)明提供的合成方法簡(jiǎn)單、過(guò)程參數(shù)易控制、合成周期短，易于工業(yè)化實(shí)現(xiàn)；并且所用原料價(jià)格便宜可控，整體實(shí)現(xiàn)成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種富多面體的復(fù)合相前驅(qū)體及其制備方法和富鋰正極材料。

背景技術(shù)

當(dāng)前動(dòng)力鋰離子電池能量密度水平仍不能消除消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的里程焦慮。富鋰正極能量密度遠(yuǎn)高于現(xiàn)已量產(chǎn)的三元正極及磷酸鐵鋰正極，因此，開(kāi)發(fā)性能穩(wěn)定的富鋰正極將有望大幅提升電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航，同時(shí)，該材料也有望應(yīng)用于某些高比容量需求場(chǎng)景。目前主流的富鋰正極生產(chǎn)工藝與三元正極類(lèi)似，即首先采用共沉淀法制備前驅(qū)體，而后與鋰源混合進(jìn)行固相燒結(jié)。與三元材料多采用氫氧化物基體不同，富鋰正極多采用碳酸鹽基體，因其可在燒結(jié)過(guò)程中生成CO₂致使材料疏松多孔以提高電導(dǎo)率。然而，純相碳酸鹽基體制備的富鋰正極循環(huán)性能較差，這也是迄今制約富鋰正極工業(yè)化的障礙之一，而基體性能直接影響正極性能。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種高性能基體，并由其制備富鋰正極。

中國(guó)專(zhuān)利CN 112608228 A公開(kāi)了一種富鋰錳基正極前驅(qū)體草酸鎳錳材料及其制備方法，以草酸鹽和硫酸鎳、錳為原料，采用共沉反應(yīng)制備草酸鎳錳前驅(qū)體，其整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程，生產(chǎn)操作方便，反應(yīng)條件溫和，且制備的富鋰錳基正極材料前驅(qū)體草酸鎳錳的性能優(yōu)異。其包括以下步驟：1)配制反應(yīng)溶液，將草酸鹽配制成一定物質(zhì)的量濃度草酸鹽溶液，再將硫酸鎳和硫酸錳按比例配成相應(yīng)物質(zhì)的量濃度的硫酸鎳和硫酸錳混合溶液；2)共沉反應(yīng)，將草酸鹽溶液和硫酸鎳和硫酸錳混合溶液同時(shí)加入反應(yīng)裝置中，在不斷攪拌和加熱條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，得到草酸鎳錳混合漿料；3)制富鋰正極材料前驅(qū)體草酸鎳錳產(chǎn)品。

中國(guó)專(zhuān)利CN 103956479 B公開(kāi)了一種高容量球形富鋰錳基正極材料的制備方法。過(guò)調(diào)整共沉淀反應(yīng)方式改進(jìn)燒結(jié)工藝，步驟如下：1)配置濃度為2M的鎳鈷錳硫酸鹽混合溶液；2)在以(1)中混合溶液為底液前提下，在攪拌條件下以20mL/h的速度勻速加入混合鹽溶液同時(shí)加入碳酸鈉溶液和氨水的混合溶液并在線自動(dòng)控制pH值為7～9下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到前驅(qū)體的固液混合物；經(jīng)離心過(guò)濾分離，用去離子水洗滌至中性后，在100～200℃下烘干10～30h，得到碳酸鹽前驅(qū)體；3)將上述碳酸鹽前驅(qū)體在管式爐中燒結(jié)，氧化，后經(jīng)冷卻、破碎、過(guò)篩后，得到鎳鈷錳氧化物；4)將(3)中氧化物與碳酸鋰粉末按摩爾比為1:1.2混合均勻，置于管式爐中進(jìn)行多段式通氣焙燒，經(jīng)冷卻、破碎、過(guò)篩后，得到球形富悝層狀正極材料。

中國(guó)專(zhuān)利CN 106684350 A公開(kāi)了一種高電壓正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，其采用共沉淀法制備前驅(qū)體，以碳酸根：草酸根濃度比1:6～9，反應(yīng)pH為4.5～6.5,制備主相為草酸鹽相的復(fù)合相前驅(qū)體，并通過(guò)高溫固相得到正極材料:配置鎳錳摩爾比為1:3的混合鹽溶液；以碳酸根：草酸根摩爾比1:6～9配置草酸鹽、碳酸鹽沉淀劑溶液；共沉淀得到草酸/碳酸鹽復(fù)合前驅(qū)體；高溫固相得到鎳錳酸鋰高電壓正極材料。

但是，上述專(zhuān)利在提升基體性能同時(shí)不可避免地提升了生產(chǎn)難度、控制精度，及工業(yè)化生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種富多面體的復(fù)合相前驅(qū)體及其制備方法和富鋰正極材料，本發(fā)明提供的富多面體的復(fù)合相前驅(qū)體在不增加生產(chǎn)要素及生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜度的前提下，保證操作難度及成本不顯著增加，同時(shí)生產(chǎn)出性能優(yōu)異的復(fù)合相前驅(qū)體，以一定程度提升富鋰材料循環(huán)性能，推動(dòng)富鋰材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

本發(fā)明提供了一種富多面體的二次球復(fù)合相前驅(qū)體，包括多面體和二次球球體，所述多面體附著于二次球球體表面和/或嵌入所述二次球球體。

優(yōu)選的，所述復(fù)合前驅(qū)體的XRD譜圖上主相為金屬碳酸鹽相，且2θ于18～19.5°存在衍射峰。