[發(fā)明專利]三元材料的制備方法及三元材料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211439136.3
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115745022A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設計）人: 史開敏;徐寧;呂菲;于利梅
• 申請（專利權）人: 天津巴莫科技有限責任公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京華進京聯(lián)知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王永莉

本申請涉及電池技術領域，特別是涉及一種三元材料的制備方法及三元材料。本申請的制備方法包括：步驟S1、在保護性氣體氣氛下，將含有Ni²⁺、Co²⁺和Mn²⁺的混合溶液、沉淀劑和絡合劑混合并進行反應。步驟S2、對步驟S1的反應產物依次進行陳化、靜置、過濾、洗滌和干燥處理，制備前驅體。步驟S3、將前驅體與鋰鹽混合，并置于含氧氣的氣氛下進行第一次煅燒，待煅燒結束后進行冷卻處理，制備預燒結料。步驟S4、將預燒結料置于含氧氣的氣氛進行第二次煅燒，制備含有Ni、Co和Mn的三元材料，第二次煅燒的溫度高于第一次煅燒的溫度。制備的三元材料具有理想的層狀結構、較低的離子混排程度和優(yōu)異的電化學性能。

技術領域

本申請涉及電池技術領域，特別是涉及一種三元材料的制備方法及三元材料。

背景技術

二次電池作為一種新型的綠色電源，具有比能量高、自放電小、開路電壓高、無記憶效應、循環(huán)壽命長、環(huán)境污染小等多方面優(yōu)點，被廣泛應用于數(shù)碼電子產品、純電動及混合動力新能源汽車以及儲能系統(tǒng)中。鋰離子電池是目前商業(yè)化應用最廣泛的二次電池之一。鋰離子電池的能量密度通常與正極材料的比容量相關，相較于其他正極材料，鎳鈷錳酸鋰(又稱為NCM三元材料)具有更高的比容量和更低的成本，因而受到了越來越多的關注。

NCM三元材料具有層狀結構，過渡金屬離子與O^2-共同組成八面體并由此形成層狀結構的主體，Li⁺則占據(jù)層間的空位，因而可以在層間可逆脫嵌。材料中的Ni²⁺主要起到供應容量的作用，因此三元材料中的鎳含量越高，理論比容量越高。但由于Ni²⁺的半徑與Li⁺相近，隨著Ni²⁺的增加，特別是當Ni²⁺占過渡金屬離子總摩爾比大于90％時，越來越多的Ni²⁺會占據(jù)Li⁺的位置，Li⁺則進入層狀結構的主體中。這樣一來增加了材料結構的復雜性，故而難以通過調控原料中鎳離子、鈷離子和錳離子的比例以及鋰鹽的加入量，得到與原料中金屬離子比例相同或相近的三元材料。此外，由于Li⁺在高溫條件下易揮發(fā)，傳統(tǒng)的高溫固相燒結法得到的NCM三元材料的Li⁺含量往往低于預設含量，進一步降低了材料中活性鋰離子的含量。故而在傳統(tǒng)方法得到的NCM三元材料中，金屬離子(特別是鋰離子)的實際含量與投料比存在較大偏差，且偏差難以控制。

因此，如何制備一種符合預設化學計量比且具有理想層狀結構的三元材料成為了亟待解決的問題。

發(fā)明內容

基于此，本申請?zhí)峁┝艘环N三元材料的制備方法及三元材料。上述制備方法能夠有效控制所制備的三元材料中各元素的化學計量比，并且使三元材料具有理想的層狀結構和較低的離子混排程度，進而提高了三元材料的電化學性能。

本申請第一方面，提供一種三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1、在保護性氣體氣氛下，將含有Ni²⁺、Co²⁺和Mn²⁺的混合溶液、沉淀劑和絡合劑混合并進行反應；

步驟S2、對所述步驟S1的反應產物依次進行陳化、靜置、過濾、洗滌和干燥處理，制備前驅體；

步驟S3、將所述前驅體與鋰鹽按，并置于含氧氣的氣氛下進行第一次煅燒，待煅燒結束后進行冷卻處理，制備預燒結料；

步驟S4、將所述預燒結料置于含氧氣的氣氛下進行第二次煅燒，制備含有Ni、Co和Mn的三元材料，所述第二次煅燒的溫度高于所述第一次煅燒的溫度。

在其中一些實施例中，所述前驅體與所述鋰鹽中的鋰元素的摩爾比為1:(1.01～1.1)?？蛇x地，所述前驅體與所述鋰鹽中的鋰元素的摩爾比為1:1.05。