一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，所述的正极材料通式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度以及长寿命等特点，被广泛应用于智能手机、笔记本电脑等数码产品与动力市场中。近年来，随着动力锂离子电池的不断发展，消费者对动力电池的能量密度、循环性能和安全性能提出了更高的要求。现在，研究的正极材料有层状结构主要为LiCo02,LiNiO2,LiMnO2,尖晶石结构的LiMn2O4、橄榄石结构的LiFePO4等。其中，层状三元LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2正极材料由于能量密度高，备受市场的关注，三元正极材料在国内各大企业已经能够量产，是市场的主导正极材料。
[0003]同时，随着电动车续航里程的不断提高，对正极材料的体积能量密度要求也越来越高。通过提高正极材料的重量能量密度和压实密度，可以有效提高锂离子电池的体积能量密度，达到EV应用的较高体积能量密度要求。高重量能量密度要求三元正极材料具有高的Ni含量，即NCM材料中Ni在过渡金属中的摩尔比为80％以上，高压实密度可以通过设计密集堆积颗粒的正极材料来实现，其要求NCM材料具有3.4g/cm3以上的压实密度，从而实现较高的电极密度。目前实现正极材料高体积能量密度的一种有效方式，是在正极材料中应用双峰颗粒尺寸分布的概念，即使用不同粒径的高镍正极材料进行混合使用，用小颗粒正极材料填充大颗粒之间的缝隙，在使用高重量能量密度材料的同时，实现高压实密度。
[0004]1.由于目前市场上量产的三元正极材料Ni含量都在90％以下，现有正极材料混合使用主要是基于Ni含量≤90％的三元正极材料，例如专利CN111630002B限定Ni含量在30％～92％。通过混合Ni含量在92％以上的正极材料多晶和单晶产品，可以在实现高压实密度的同时，实现更高的能量密度，目前暂无这方面的专利；
[0005]2.目前高镍单晶材料由于其Ni含量很高，材料表面的具有大量的残锂，需经过水洗环节去除，但水洗会破坏材料表面，导致循环性能的下降，DCR增长迅速，且在规模化量产上难以实现，专利CN111630002B中单晶材料经历湿磨步骤，即存在水洗环节，专利CN110010889A同样经过水洗步骤，工艺复杂，不宜实施；
[0006]3.对于混合使用的不同粒度的正极材料，目前缺少对其粒度之间关系与混合材料性能的相关研究，专利CN111630002B对颗粒的跨度提出了要求，但并未探究多晶与单晶的粒度关系对材料性能的影响，专利CN109888235A混合使用了不同粒度的单晶和多晶材料，但同样并未探究两者之间的粒度关系对材料性能的影响。

技术实现思路

[0007]本申请的主要目的在于提供一种通过不同粒径的高镍正极材料的混合使用，并采用干法工艺制备高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料及其制备方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，其特征在于，所述的正极材料通式为Li
n
Ni
a
Co
b
Mn
c
M
d
N
e
O2，其中0.98≤n≤1.08，0.90≤a≤0.99，0≤b≤0.08，0≤c≤0.05,0≤d≤0.02，0≤e≤0.02，M选自Ti、Mg、Sr、Y、Zr、Mo、W中的至少一种，N选自Al、Nb、B、F、Ge、Sn、Ce、Ta中的至少一种；
[0010]所述正极材料包括多晶材料和单晶材料；
[0011]所述多晶材料的重量份为45
‑
90份、所述单晶材料的重量份为10
‑
55份；
[0012]所述多晶材料的D50与所述单晶材料的D50满足关系式：
[0013]K＝(D1
‑
D2)/D2，其中0≤K≤4；
[0014]D1为：多晶材料的D50，D2为单晶材料的D50。
[0015]备注：D50：D代表粉体颗粒的直径，D50指一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。
[0016]本专利技术提供的正极材料，由大的球形多晶材料和小的单晶材料组成，球形多晶材料颗粒之间存在空隙，理论上球形颗粒占据空间的体积分数最大为74％，剩余的26％空间可以由颗粒较小的单晶颗粒占据，从而得到较高的压实密度，同时使用Ni含量在90％以上的三元正极材料，其本身具有较高的克容量，通过混合使用两种材料，在得到高压实密度的同时，实现了高重量能量密度。
[0017]上述一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，作为一种优选的实施方案，所述多晶材料的重量份为60
‑
85份、所述单晶材料的重量份为15
‑
40份；所述多晶材料的D50与所述单晶材料的D50满足关系式：K＝(D1
‑
D2)/D2，其中0.8≤K≤1.8。
[0018]上述一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，作为一种优选的实施方案，
[0019]所述正极材料中多晶材料的通式为Li
n
Ni
a
Co
b
Mn
c
M
d
N
e
O2，其中0.98≤n≤1.08，0.90≤a≤0.99，0≤b≤0.08，0≤c≤0.05,0≤d≤0.02，0≤e≤0.02，M选自Ti、Mg、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、W中的至少一种，N为不同于M的包覆剂，选自Al、Nb、B、F、Ge、Sn、Ce、Ta中的至少一种。
[0020]所述正极材料中单晶材料的通式为Li
n
Ni
a
Co
b
Mn
c
M
d
N
e
O2，其中0.98≤n≤1.08，0.90≤a≤0.99，0≤b≤0.08，0≤c≤0.05,0≤d≤0.02，0≤e≤0.02，M为选自Ti、Mg、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、W中的至少一种，N为不同于M的包覆剂，选自Al、Nb、B、F、Ge、Sn、Ce、Ta中的至少一种；
[0021]优选地，所述正极材料颗粒的D50为6μm
‑
12μm，所述多晶材料的D50为3μm
‑
15μm，所述单晶材料的D50为2μm
‑
5μm；
[0022]所述正极材料的比表面积为0.3
‑
1.0m2/g，所述多晶材料的比表面积为0.2
‑
0.9m2/g，所述单晶材料的比表面积为0.6
‑
1.2m2/g。
[0023]上述一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，作为一种优选的实施方案，当采用筒体直径为9mm、筒体高度为28mm的模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，其特征在于，所述的正极材料通式为Li
n
Ni
a
Co
b
Mn
c
M
d
N
e
O2，其中0.98≤n≤1.08，0.90≤a≤0.99，0≤b≤0.08，0≤c≤0.05,0≤d≤0.02，0≤e≤0.02，M选自Ti、Mg、Sr、Y、Zr、Mo、W中的至少一种，N选自Al、Nb、B、F、Ge、Sn、Ce、Ta中的至少一种；所述正极材料包括多晶材料和单晶材料；所述多晶材料的重量份为45
‑
90份、所述单晶材料的重量份为10
‑
55份；所述多晶材料的D50与所述单晶材料的D50满足关系式：K＝(D1
‑
D2)/D2，其中0≤K≤4；D1为：多晶材料的D50，D2为单晶材料的D50。2.根据权利要求1所述的高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，其特征在于，所述多晶材料的重量份为60
‑
85份、所述单晶材料的重量份为15
‑
40份；所述多晶材料的D50与所述单晶材料的D50满足关系式：K＝(D1
‑
D2)/D2，其中0.8≤K≤1.8。3.根据权利要求1所述的高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，其特征在于，所述正极材料中多晶材料的通式为Li
n
Ni
a
Co
b
Mn
c
M
d
N
e
O2，其中0.98≤n≤1.08，0.90≤a≤0.99，0≤b≤0.08，0≤c≤0.05,0≤d≤0.02，0≤e≤0.02，M选自Ti、Mg、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、W中的至少一种，N为不同于M的包覆剂，选自Al、Nb、B、F、Ge、Sn、Ce、Ta中的至少一种；所述正极材料中单晶材料的通式为Li
n
Ni
a
Co
b
Mn
c
M
d
N
e
O2，其中0.98≤n≤1.08，0.90≤a≤0.99，0≤b≤0.08，0≤c≤0.05,0≤d≤0.02，0≤e≤0.02，M为选自Ti、Mg、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、W中的至少一种，N为不同于M的包覆剂，选自Al、Nb、B、F、Ge、Sn、Ce、Ta中的至少一种。4.根据权利要求3所述的高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，其特征在于，所述正极材料颗粒的D50为6μm
‑
12μm，所述多晶材料的D50为3μm
‑
15μm，所述单晶材料的D50为2μm
‑
5μm；所述正极材料的比表面积为0.3
‑
1.0m2/g，所述多晶材料的比表面积为0.2
‑
0.9m2/g，所述单晶材料的比表面积为0.6
‑
1.2m2/g。5.根据权利要求3所述的高压实和高能量密度的超高镍三元正极材料，其特征在于，所述正极材料颗粒的D50为7μm
‑
9μm，所述多晶材料的D50为5μm
‑
10μm，所述单晶材料的D50为2.5μm
‑
3.5μm；所述正极材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩雨佳，马娇，周广鹏，刘志远，于建，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：