一种高电压镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种镍钴锰酸锂正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)配制含镍、钴、锰及M元素的可溶性的混合盐溶液，所述M元素为Ho、Tm、Yb、Lu中的至少一种；(2)将氟盐溶液、沉淀剂、络合剂及步骤(1)得到的混合盐溶液与碱性底液混合进行反应，得到混合液；(3)将步骤(2)得到的混合液进行固液分离，得到固体产物即为所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体。通过该制备方法制备得到的镍钴锰酸锂正极材料前驱体制备得到的高电压镍钴锰酸锂正极材料在高电压下具有较好的电化学性能。正极材料在高电压下具有较好的电化学性能。正极材料在高电压下具有较好的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高电压镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池材料
，特别涉及一种高电压镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有高电压、高比能量、长寿命、无记忆效应、自放电小等特性，已经广泛应用于各种便携式电子产品，并在混合动力汽车和纯电动汽车等领域有潜在的应用市场。当前商用的锂电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元正极材料等。三元正极材料具有能量密度高和循环性能好等优点，逐步取代磷酸铁锂在动力和数码领域的应用。伴随着国家对动力电池能量密度的要求的提高到300Wh/Kg以上，极大促进了高电压正极材料的研发进度。
[0003]为了进一步提高三元正极材料的容量，提高其工作电压是一种有效的方法，目前市场上大规模使用高电压正极材料包括单晶三元正极材料和团聚态三元正极材料。但三元正极材料在高电压下发生不可逆相变，导致电极/电解液的界面反应的增加，增大三元正极材料的腐蚀和过渡金属离子的溶出，其层状结构被破坏，导致其容量衰减很快，循环性能下降。因此，现有的高电压正极材料在高电压下的电化学性能有待进一步提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种高电压镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和应用，该高电压镍钴锰酸锂正极材料在高电压下具有较好的电化学性能，其0.1C放电容量在185.7mAh/g以上，其100次循环后放电比容量在169.7mAh/g以上，循环保持率在90.1％以上。/>[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种镍钴锰酸锂正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)配制含镍、钴、锰及M元素的可溶性的混合盐溶液，所述M元素为Ho、Tm、Yb、Lu中的至少一种；
[0008](2)将氟盐溶液、沉淀剂、络合剂及步骤(1)得到的混合盐溶液与碱性底液混合进行反应，得到混合液；
[0009](3)将步骤(2)得到的混合液进行固液分离，得到固体产物即为所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体。
[0010]优选的，所述混合盐溶液中金属离子总浓度为0.5
‑
2.0mol/L。
[0011]进一步优选的，所述混合盐溶液中金属离子总浓度为1.0
‑
2.0mol/L。
[0012]优选的，所述氟盐溶液的浓度为0.005
‑
2.0mol/L。
[0013]进一步优选的，所述氟盐溶液的浓度为0.01
‑
1.0mol/L。
[0014]优选的，所述沉淀剂为氢氧化钠溶液及氢氧化钾溶液中的至少一种。
[0015]优选的，所述沉淀剂的浓度为1.0
‑
20.0mol/L。
[0016]进一步优选的，所述沉淀剂的浓度为4.0
‑
10.0mol/L。
[0017]优选的，所述络合剂为氨水。
[0018]优选的，所述氨水的浓度为1.0
‑
15.0mol/L。
[0019]进一步优选的，所述氨水的浓度为6.0
‑
12.0mol/L。
[0020]优选的，所述碱性底液为氢氧化钠和氨水的混合液，所述碱性底液的pH值为10.8
‑
11.5，其中所述氨水浓度为2.0
‑
10.0g/L。
[0021]优选的，步骤(2)的混合方式为将所述氟盐溶液、所述沉淀剂、所述络合剂及步骤(1)得到的所述混合盐溶液并流加入到所述碱性底液中，且加入过程中控制M离子加入量与氟离子加入量之比为(a+b)：3b，并控制混合液的pH为10.8
‑
11.5，氨水浓度为2.0
‑
10.0g/L。
[0022]优选的，步骤(2)中所述反应的反应温度为45
‑
65℃。
[0023]优选的，步骤(2)中当检测到所述混合液中物料的D50达到2.0
‑
11.0μm时，停止进料。
[0024]优选的，步骤(3)中所述固体产物还经过洗涤，干燥，过筛及除磁处理。
[0025]优选的，一种如上所述的镍钴锰酸锂正极材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1.按照所需镍、钴、锰、M元素的摩尔比例，即x：y：z：(a+b)，选用可溶性盐为原料，配制金属离子总浓度为1.0
‑
2.0mol/L的混合盐溶液；
[0027]S2.配制浓度为0.01
‑
1.0mol/L的氟化钠溶液；
[0028]S3.配制浓度为4.0
‑
10.0mol/L的氢氧化钠溶液作为沉淀剂；
[0029]S4.配制浓度为6.0
‑
12.0mol/L的氨水作为络合剂；
[0030]S5.向反应釜中加入底液(底液为氢氧化钠和氨水的混合液，其pH值为10.8
‑
11.5，氨水浓度为2.0
‑
10.0g/L)至漫过底层搅拌桨，启动搅拌；
[0031]S6.将混合盐溶液、氟化钠溶液、氢氧化钠溶液和氨水并流加入到反应釜中进行反应，控制混合盐溶液中M金属离子加入量与氟化钠加入量之比(a+b)：3b，并控制釜内反应温度为45
‑
65℃，pH为10.8
‑
11.5，氨水浓度为2.0
‑
10.0g/L；
[0032]S7.当检测到反应釜内物料的D50达到2.0
‑
11.0μm时，停止进料；
[0033]S8.将釜内物料进行固液分离，将固体产物用纯水洗涤后，在100
‑
150℃下真空干燥2
‑
3h；
[0034]S9.干燥料经过筛、除磁后即得到高电压镍钴锰酸锂正极材料前驱体。
[0035]一种镍钴锰酸锂正极材料前驱体，由如上所述的制备方法制备得到。
[0036]优选的，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体的化学通式为Ni
x
Co
y
Mn
z
M
a
(OH)
2+3a
·
bMF3，其中0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，x+y+z＝1，0＜a＜0.01，0＜b＜0.01，M为Ho、Tm、Yb、Lu中的至少一种。
[0037]优选的，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体的相貌为球形或类球形。
[0038]优选的，所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体的相貌为由一次颗粒团聚而成的二次颗粒，所述二次颗粒的粒度为2.0
‑
11.0μm。
[0039]优选的，所述二次颗粒的内部及表层分布有粒径为10
‑
200nm的晶粒。
[0040]优选的，所述晶粒为MF3。一种镍钴锰酸锂正极材料，由包括如上所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)配制含镍、钴、锰及M元素的可溶性的混合盐溶液，所述M元素为Ho、Tm、Yb、Lu中的至少一种；(2)将氟盐溶液、沉淀剂、络合剂及步骤(1)得到的混合盐溶液与碱性底液混合进行反应，得到混合液；(3)将步骤(2)得到的混合液进行固液分离，得到固体产物即为所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体。2.一种镍钴锰酸锂正极材料前驱体，其特征在于：由权利要求1所述的制备方法制备得到。3.根据权利要求2所述的一种镍钴锰酸锂正极材料前驱体，其特征在于：所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体的化学通式为Ni
x
Co
y
Mn
z
M
a
(OH)
2+3a
·
bMF3，其中0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，x+y+z＝1，0＜a＜0.01，0＜b＜0.01。4.根据权利要求3所述的一种镍钴锰酸锂正极材料前驱体，其特征在于：所述镍钴锰酸锂正极材料前驱体的相貌为由一次颗粒团聚而成的二次颗粒，所述二次颗粒的粒度为2.0
‑
11.0μm。5.根据权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，谢英豪，李爱霞，张学梅，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：