一种锂离子电池用前驱体、正极材料、锂离子电池正极以及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池用前驱体、正极材料、锂离子电池正极以及锂离子电池。本发明专利技术提供的锂离子电池正极材料的平均组成为：LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用前驱体、正极材料、锂离子电池正极以及锂离子电池
本专利技术涉及一种锂离子电池用前驱体、正极材料、锂离子电池正极以及锂离子电池，属于锂离子电池正极材料

技术介绍
锂离子电池在现代社会的应用越来越广泛，目前主要应用于手机、笔记本电脑、电动工具和电动车等领域。近年来，随着对大容量锂离子电池需求量的增加，迫切需要开发具有高能量密度、高功率、高安全性、长寿命、环保及价廉的锂离子电池。锂离子电池能量密度的要求越来越高，相应的需要不断提高锂离子电池正极材料的能量密度，但随着材料能量密度的提高，其循环性能、安全性能随之下降，如何在不牺牲容量的情况下，同时改进其循环和安全性能，成为亟待解决的问题。正极材料在重复的充电/放电过程中会发生晶体结构的相变并伴随体积的变化，会造成晶层空间的局部塌陷，导致锂离子嵌入/脱出被阻碍，从而造成极化电阻增加，循环性能下降。现有技术试图通过优化正极材料的合成条件来解决上述问题，然而效果并不理想。这样制备出的正极材料，并不能根本阻止晶体结构的相变，以及脱锂相受热时的相变和分解，因此无法解决由于重复充电/放电循环而导致循环特性严重恶化的问题。目前提高锂离子电池正极材料循环和安全性能的主要改性方法是掺杂和包覆，其中掺杂和包覆铝元素可以稳定材料结构，明显抑制充放电过程中的放热反应，能够有效的改善正极材料循环和安全性能，但是铝元素的大量掺杂和包覆会导致正极材料的比容量降低。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂离子电池用前驱体，其平均组成如式(Ⅰ)：NixCoyMnzAld(OH)2+d式(Ⅰ)其中，0≤x<1，0≤y<1，0≤z<1，0.001≤d≤0.05，x+y+z+d=1，所述前驱体为球形颗粒，Al元素含量从颗粒中心到表面连续递增。本专利技术所提供的一种锂离子电池用前驱体，其是将含有Al元素的铝溶液逐渐加入到氢氧化钠溶液中，同时将该氢氧化钠溶液与含有Ni、Co、Mn元素中一种或几种的金属盐溶液，以及络合剂溶液一起并流加入到反应釜中进行反应，得到的前躯体浆料经过固液分离、洗涤、烘干、筛分后获得的。其中，上述的氢氧化钠溶液中可以含有铝元素，其铝浓度为0-0.1mol/L；上述反应过程中可以向反应釜中通入氮气和/或加入还原剂。本专利技术还提供一种锂离子电池正极材料，其由上述锂离子电池用前驱体制备，该正极材料制作成的锂离子电池比容量高，循环性能优异，安全性能好，且成本相对低廉。本专利技术还提供一种锂离子电池正极，其由上述锂离子电池正极材料制备。本专利技术还提供一种锂离子电池，其中包括上述锂离子电池正极，该锂离子电池兼具较高的容量以及优异的循环性能和安全性能。本专利技术所提供的锂离子电池正极材料，其平均组成如式(Ⅱ)：LiNixCoyMnzAldO2式(Ⅱ)其中，0≤x<1，0≤y<1，0≤z<1，0.001≤d≤0.05，x+y+z+d=1，所述正极材料为球形颗粒，Al元素含量从颗粒中心到表面连续递增。这种具有Al含量梯度的颗粒状正极材料，中心具有较低的Al含量，可实现正极材料对于高比容量的需求，同时由于Al在颗粒表面的含量相对较高，材料颗粒表面发生的电极反应较弱，因此同时能够满足正极材料对于循环性能和安全性能的要求。此外，由于该材料颗粒从中心到表面Al元素含量连续变化，在电极反应中，不存在由于Al元素含量的骤增导致的材料颗粒分层现象，进一步保证了正极材料制作成电极后的安全性能。进一步地，所述锂离子电池正极材料的中位径为3~25μm，所述中位径是指粒径分布百分数达到50%时所对应的粒径，具体可依据实际需求调节。所述锂离子电池正极材料的振实密度为1.8~3.0g/cm3。本专利技术所提供的锂离子电池正极材料，其由上述锂离子电池用前驱体制备。制备方法可参照公知技术中的方法，例如可将上述前驱体与与锂源混合、烧结、破碎、筛分，制备成锂离子电池正极材料。本专利技术还提供一种锂离子电池正极，其由上述锂离子电池正极材料制备。制备方法可参照公知技术中的方法，例如可将上述正极材料与碳黑、聚偏氟乙烯（PVDF）按94％：3％：3％重量比配料并涂布成极片，制备成锂离子电池正极。本专利技术还提供一种锂离子电池，其中包括上述锂离子电池正极，负极采用人造石墨，中间加隔膜卷绕、并注液后，加工成锂离子电池。制备的锂离子电池可根据相关标准测试电池的电化学性能和安全性能。本专利技术具有以下优势：1、本专利技术提供的锂离子电池用铝梯度结构的正极材料，充分利用了铝元素的特性，Al元素含量从颗粒中心到表面呈连续递增，这种具有Al含量梯度的颗粒状正极材料，中心具有较低的Al含量，可实现正极材料对于高比容量的需求，同时由于Al在颗粒表面的含量相对较高，材料颗粒表面发生的电极反应较弱，因此同时能够满足正极材料对于循环性能和安全性能的要求。2、本专利技术提供的锂离子电池用铝梯度结构的正极材料为球形颗粒，颗粒由内向外Al元素含量连续变化，有效避免了电极反应过程中由于Al元素含量的骤增导致的材料颗粒分层现象，进一步保证了正极材料制作成锂离子电池的循环性能和安全性能。附图说明图1为本专利技术提供的制备锂离子电池用铝梯度结构的正极材料的反应流程示意图。图2为实施例1制备的正极材料扫描电镜图。图3为图2中正极材料颗粒的剖面电镜图。图4为图3的剖面电镜图中正极材料颗粒从中心到表面的Al元素能谱线扫描图。图5为实施例1与对比例1中所加工制得电池的高温循环容量保持率对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1将硝酸铝与氢氧化钠按照摩尔比1:5的比例溶解得到铝浓度为0.2mol/L的铝溶液33L；将硝酸铝与氢氧化钠混合溶解得到5mol/L的氢氧化钠溶液325L，其中铝浓度为0.03mol/L；将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按照金属摩尔比86：6：6的比例溶解得到2mol/L的盐溶液400L；配制浓度为8mol/L的氨水溶液作为络合剂。铝溶液、氢氧化钠溶液、盐溶液、络合剂溶液分别放入不同容器中，其中氢氧化钠溶液放入带有搅拌的容器中。将铝溶液以1.66L/h的流速持续加入氢氧化钠溶液中并搅拌得混合碱性溶液，同时将该混合碱性溶液与盐溶液、络合剂溶液一起并流加入到反应釜中进行反应，其中盐溶液和混合碱性溶液加入到反应器中的流速分别为20L/h和17.9L/h，反应流程如图1所示，反应在氮气气氛保护下进行，过程保持搅拌，控制反应体系的络合剂含量为9g/L，反应温度为50℃，反应时间为20h，得到前驱体浆料。将前驱体浆料经过离心机固液分离、洗涤，滤饼120℃烘干6h后筛分，得到锂离子电池正极材料用铝梯度结构的前驱体。将上述前驱体与氢氧化锂混合配料，在氧气气氛中，740℃烧结10h，自然降温，经过破碎、筛分，得到锂离子电池用铝梯度结构的正极材料。本实施例中制备的正极材料组成为LiNi0.86Co0.06Mn0.06Al0.02O2，球形颗粒中心处Al元素摩尔百分比含量为1.2%，从中心到表面的Al元素含量呈连续递本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用前驱体，其平均组成如式(Ⅰ)： Ni

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用前驱体，其平均组成如式(Ⅰ)：NixCoyMnzAld(OH)2+d式(Ⅰ)其中，0≤x<1，0≤y<1，0≤z<1，0.001≤d≤0.05，x+y+z+d=1，所述前驱体为球形颗粒，Al元素含量从颗粒中心到表面连续递增。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用前驱体，其是将含有Al元素的铝溶液逐渐加入到氢氧化钠溶液中，同时将该氢氧化钠溶液与含有Ni、Co、Mn元素中一种或几种的金属盐溶液，以及络合剂溶液一起并流加入到反应釜中进行反应，得到的前躯体浆料经过固液分离、洗涤、烘干、筛分后获得的。3.根据权利要求2所述的锂离子电池用前驱体，其特征在于所述氢氧化钠溶液中含有铝元素，其铝浓度为0~0.1mol/L。4.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋顺林，刘亚飞，姚静，
申请(专利权)人：北京当升材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11