正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。正极材料的制备方法：将包括金属化合物、镍源、钴源、锰源、沉淀剂和络合剂在内的原料混合，进行共沉淀反应得到具有核壳结构的沉淀物；将沉淀物预烧处理得到金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；将前驱体与配体溶液进行配位反应，得到(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；然后和锂源混合后烧结得到正极材料。正极材料，使用正极材料的制备方法制得。锂离子电池，使用所述正极材料制得。本申请提供的正极材料，具有优异的倍率性能与循环性能。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池作为20世纪开发成功的新型高能电池，因能量密度高、环境友好、贮存寿命长等优点被迅速的应用于众多领域。锂离子电池的正极材料作为核心部分，其性能的优劣对锂离子电池的性能有显著的影响。具有层状结构的团聚型镍钴锰酸锂正极材料(Li[NixCoyMn(1-x-y)]O2，其中x＞0.3)因能量密度高、堆积密度高、工艺性能好、价格低廉等特点，成为应用在动力电池上最有前景的正极材料。但球形颗粒在充放电过程中晶粒内部应力变化较大，发生晶格各向异性膨胀和收缩，导致晶界空隙处产生裂纹，裂纹的产生增加了正极材料与电解液的副反应，使阻抗增加、锂离子扩散更加困难，致使三元正极材料的电化学性能不断降低。因此，若要充分发挥(Li[NixCoyMn(1-x-y)]O2，x＞0.3)的性能，提高材料的循环稳定性和倍率性能，仍需要在对合成工艺进一步优化。有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池，以解决上述问题。为实现以上目的，本专利技术特采用以下技术方案：一种正极材料的制备方法，包括：将包括金属化合物、镍源、钴源、锰源、沉淀剂和络合剂在内的原料混合，进行共沉淀反应得到具有核壳结构的沉淀物；将所述沉淀物预烧处理得到金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；将所述金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体与配体溶液进行配位反应，得到(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；将所述(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体和锂源混合后烧结得到所述正极材料；所述金属化合物不溶于水且加热易分解；所述配体溶液中的配体包括2,6-双(3-5)二羧基苯基吡啶、2,5-二羧基-1,4对苯二甲酸、噻吩-2,5-二羧酸中的一种或多种。在锂离子电池中，Li+的嵌入与脱出是沿(010)方向进行的，(010)面的增加可增加活性物质与电解质的接触面，提高锂离子扩散系数，提供了Li离子传输动力，有效提高离子传输；此外，中空内部不仅可以为锂离子储存提供额外的活性位点和短的扩散路径，而且还可以缓冲体积变化，减轻由锂离子在充放电过程中材料颗粒内部的相互挤压，提高材料在充放电过程中的结构稳定性，进而大大提高正极材料的倍率性能和循环性能。(010)取向生长的中空团聚型镍钴锰酸锂正极材料，则能很好的解决充放电过程中球形产生裂纹带来的电化学性能衰退。优选地，所述金属化合物为一次粒径小于等于100nm的相应化合物造粒成型得到的D50为2-8μm的团聚颗粒；优选地，所述金属化合物与水混合得到金属模板悬浊液后使用；优选地，所述金属模板悬浊液的固含量为30-70％。调节金属化合物的颗粒大小调节中空腔的大小，进而得到性能优异的正极材料。可选地，所述团聚颗粒的D50可以为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm以及2-8μm之间的任一值；所述金属模板悬浊液的固含量可以为30％、40％、50％、60％、70％以及30-70％之间的任一值。优选地，所述镍源包括硫酸镍、乙酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或多种；优选地，所述钴源包括硫酸钴、乙酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或多种；优选地，所述锰源包括硫酸锰、乙酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或多种；优选地，所述镍源、所述钴源、所述锰源预先混合制备得到金属盐溶液后使用；优选地，所述金属盐溶液中金属离子的摩尔浓度为0.1-5mol/L。可选地，所述金属盐溶液中金属离子的摩尔浓度可以为0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L、5mol/L以及0.1-5mol/L之间的任一值。此处金属离子的摩尔浓度指的是镍钴锰的总和。优选地，所述沉淀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种；优选地，所述络合剂包括氨水或碳酸氢铵；优选地，所述沉淀剂和所述络合剂预先混合后使用；优选地，所述沉淀剂和所述络合剂的混合溶液的摩尔浓度为0.1-5mol/L。可选地，所述沉淀剂和所述络合剂的混合溶液的摩尔浓度可以为0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L、5mol/L以及0.1-5mol/L之间的任一值。此处摩尔浓度制得是所述沉淀剂和所述络合剂之和。优选地，所述共沉淀反应的温度为25-60℃，反应体系的pH值为10-12，反应时间为2-56h；优选地，所述沉淀反应在搅拌状态下进行；优选地，所述搅拌的速度为500-1000r/min。可选地，所述共沉淀反应的温度可以为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃以及25-60℃之间的任一值，反应体系的pH值可以为10、11、12以及10-12之间的任一值，反应时间可以为2h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、45h、50h、55h、56h以及2-56h之间的任一值；所述搅拌的速度可以为500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、900r/min、1000r/min以及500-1000r/min之间的任一值。优选地，所述预烧处理的温度为400-650℃，处理时间为5-30h；优选地，所述预烧处理之前还包括：将所述沉淀物用水洗涤2-5次；优选地，所述金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体的中空腔的直径为2-8μm。可选地，所述预烧处理的温度可以为400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃以及400-650℃之间的任一值，处理时间可以为5h、10h、15h、20h、25h、30h以及5-30h之间的任一值；沉淀物用水洗涤的次数可以为2、3、4、5以及2-5次之间的任一值；所述金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体的中空腔的直径可以为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm以及2-8μm之间的任一值。优选地，所述配体的用量为所述金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体的质量的0.1％-5％；优选地，所述配位反应在搅拌状态下进行；优选地，搅拌速度为500-1000r/min，反应时间为0.5-2h；优选地，所述配位反应结束后还包括：将反应产物干燥，得到所述(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；优选地，所述干燥的温度为60-250℃，干燥的时间为10-48h。可选地，所述配体的用量可以为所述金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体的质量的0.1％、0.5％、1％、1.5％、2％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：/n将包括金属化合物、镍源、钴源、锰源、沉淀剂和络合剂在内的原料混合，进行共沉淀反应得到具有核壳结构的沉淀物；/n将所述沉淀物预烧处理得到金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；/n将所述金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体与配体溶液进行配位反应，得到(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；/n将所述(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体和锂源混合后烧结得到所述正极材料；/n所述金属化合物不溶于水且加热易分解；所述配体溶液中的配体包括2,6-双(3-5)二羧基苯基吡啶、2,5-二羧基-1,4对苯二甲酸、噻吩-2,5-二羧酸中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
将包括金属化合物、镍源、钴源、锰源、沉淀剂和络合剂在内的原料混合，进行共沉淀反应得到具有核壳结构的沉淀物；
将所述沉淀物预烧处理得到金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；
将所述金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体与配体溶液进行配位反应，得到(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；
将所述(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体和锂源混合后烧结得到所述正极材料；
所述金属化合物不溶于水且加热易分解；所述配体溶液中的配体包括2,6-双(3-5)二羧基苯基吡啶、2,5-二羧基-1,4对苯二甲酸、噻吩-2,5-二羧酸中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属化合物包括氢氧化镁、氧化镁，氢氧化铝、氧化铝，氧化锆、氢氧化钇、氧化钇、氧化钛中的一种或多种；
优选地，所述金属化合物为一次粒径小于等于100nm的相应化合物造粒成型得到的D50为2-8μm的团聚颗粒；
优选地，所述金属化合物与水混合得到金属模板悬浊液后使用；
优选地，所述金属模板悬浊液的固含量为30-70％。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍源包括硫酸镍、乙酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或多种；
优选地，所述钴源包括硫酸钴、乙酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或多种；
优选地，所述锰源包括硫酸锰、乙酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或多种；
优选地，所述镍源、所述钴源、所述锰源预先混合制备得到金属盐溶液后使用；
优选地，所述金属盐溶液中金属离子的摩尔浓度为0.1-5mol/L。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种；
优选地，所述络合剂包括氨水或碳酸氢铵；
优选地，所述沉淀剂和所述络...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兰英，喻权，朱振华，杜俊波，
申请(专利权)人：株洲升华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43