高镍三元正极材料及其制备方法与其在电池制备中的应用技术

本发明专利技术公开了一种高镍三元正极材料及其制备方法与其在电池制备中的应用。本发明专利技术通过利用萤石型氧离子导体富含稳定的氧空位具有良好的吸附氧和储存氧的特性，对高镍正极材料的一次颗粒的表面上引入氧空位的结构设计与优化，通过吸附/钳制正极材料表面的O

【技术实现步骤摘要】
高镍三元正极材料及其制备方法与其在电池制备中的应用


[0001]本专利技术涉及锂电池正极材料制备领域，具体涉及一种高镍三元正极材料及其制备方法与其在电池制备中的应用。

技术介绍

[0002]以高性能动力电池为核心技术之一的新能源汽车产业，是我国能源战略与经济发展的重大需求。发展新能源汽车，是我国由汽车大国迈向汽车强国的必由之路。当前随着新一轮科技革命和产业变革的孕育兴起，新能源汽车产业正进入加速发展的新阶段，不仅为各国经济增长注入强劲新动力，也有助于减少温室气体排放，应对气候变化挑战，改善全球生态环境。《新能源汽车产业发展规划(2021
‑
2035年)》中指出，需加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池系统短板技术攻关，将动力电池单体能量密度能够提升到350Wh/kg。这也促使三元正极材料向更高镍的配比发展，所以当下三元正极材料的研究热点是高镍三元正极材料的结构设计和性能优化。
[0003]然而，目前高镍三元正极材料还面临很多基础科学和技术难题，严重制约其商业化发展进程，其主要问题是稳定性差造成电化学性能急剧下降。其中包括晶体热稳定性差、颗粒化学机械稳定性差和正极
‑
电解质界面不稳定等方面。
[0004]目前，提高高镍NCM稳定性的思路主要集中在从Ni的角度出发，利用电化学性质稳定的元素或者材料对高镍材料的体相或者表面进行“钝化”处理，从而提升材料的安全性和使用寿命。虽然上述方法有利于提高高镍NCM稳定性，但容易出现对高镍材料体相或者表面进行“钝化”处理时出现不均匀的情况，影响高镍材料的性能；且制备成本增加，难以进行大规模放大。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种高镍三元正极材料及其制备方法，旨在获得高能量密度、高安全性能的高镍正极材料。
[0006]本专利技术所提供的高镍三元正极材料通过包括如下步骤的方法制备得到：
[0007](1)混合盐溶液的配制：配制含镍盐、钴盐和锰盐的混合盐溶液；
[0008](2)氧离子导体组分溶液配制：将氧离子导体前体组分Ce盐和Sm盐配成混合盐水溶液；
[0009](3)在反应釜内加入水作为底液，加入混合盐溶液、碱液、氨水、混合盐水溶液，使其发生化学反应，
[0010](4)反应结束后，将所得体系固液分离，得到粉末状镍钴锰三元前驱体；
[0011](5)将所得镍钴锰三元前驱体与LiOH混合研磨，在氧气氛围中煅烧，得高镍三元正极材料。
[0012]上述方法步骤(1)中，所述镍盐、钴盐和锰盐具体可为各自的硫酸盐；
[0013]镍盐中的镍离子、钴盐中的钴离子和锰盐中的锰离子的摩尔比依次可为x：y:1
‑
x
‑
y，其中0<x<1，0<y<1，优选依次为0.8:0.1:0.1
[0014]步骤(2)中，所述Ce盐具体可为Ce(NO3)3·
6H2O；
[0015]所述Sm盐具体可为Sm(NO3)3·
6H2O；
[0016]所述Ce盐的Ce离子与所述Sm盐中的Sm离子的摩尔比可为8：2；
[0017]优选地，步骤(1)中，所述混合盐溶液中，镍、钴、锰三种金属离子的总摩尔浓度可为0.5
‑
2.5mol/L，具体为2mol/L。
[0018]所述碱液具体可为氢氧化钠溶液，其中，氢氧化钠的摩尔浓度可为3
‑
10mol/L，具体可为4mol/L；
[0019]所述氨水的摩尔浓度可为0.5
‑
5mol/L，具体可为1mol/L；
[0020]所述氨水中还加入水合肼，用于控制反应体系的电位；水合肼的加入量为步骤3)反应釜内液体总体积的四万分一；
[0021]所述化学反应在惰性气体保护下进行，所述惰性气体具体可为高纯氮气、氩气等；
[0022]所述惰性气体的流量可为1.0
‑
3.0m3/h，具体可为2.0m3/h；
[0023]所述反应在搅拌下进行，具体地，控制反应釜搅拌桨的搅拌强度为600
‑
800r/min，优选700r/min；
[0024]反应过程中通过加入碱液和氨水调节反应体系的pH值至10
‑
13，优选11
‑
12，更优选11.5；
[0025]反应体系的温度可为40
‑
70℃，优选50
‑
60℃，更优选55℃；
[0026]优选地，步骤(3)中所述混合盐溶液、所述混合盐水溶液、所述碱液和所述氨水并流加入到所述反应釜时的流量比可为(0.5
‑
4):(0.5
‑
4):(0.5
‑
4):1，具体可为2:2:2:1；
[0027]优选地，步骤(3)中所述混合盐水溶液(氧离子导体前体组分溶液)加入的总含量为所述混合盐溶液的1at％
‑
4at％，优选3at％；
[0028]优选地，步骤(5)中，所述LiOH过量(基于粉末状前驱体)1
‑
3wt％，优选2wt％；
[0029]优选地，步骤(5)中，所述煅烧的条件如下：以2
‑
5℃/min加热到400
‑
700℃保温4
‑
8h，再以2
‑
5℃/min加热到600
‑
800℃，再以1
‑
3℃/min加热到700
‑
900℃高温锻烧11
‑
13h，最后以0.3
‑
0.7℃/min降到500
‑
700℃；
[0030]优先地，以4℃/min加热到560℃保温6h，再以3℃/min加热到700℃，再以2℃/min加热到800℃高温锻烧12h，最后以0.5℃/min降到600℃。
[0031]由上述方法制得的高镍三元正极材料也属于本专利技术的保护范围。
[0032]所述高镍三元正极材料为氧离子导体Ce
0.8
Sm
0.2
O
1.9
改性高镍三元正极材料。
[0033]上述高镍三元正极材料在电池正极材料制备中的应用也属于本专利技术的保护范围。
[0034]本专利技术还提供一种电池，所述电池包含所述高镍三元正极材料。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几个方面：
[0036]1、本专利技术在高镍正极材料的一次颗粒表面原位引入萤石型氧离子导体Ce
0.8
Sm
0.2
O
1.9
，充分利用其稳定的氧空位所具有良好的吸附氧和储存氧的特性，借助特定化学环境稳定住氧离子失去电子后形成的高活性中间产物，抑制其进一步氧化生成氧气，有利于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高镍三元正极材料的方法，包括如下步骤：(1)混合盐溶液的配制：配制含镍盐、钴盐和锰盐的混合盐溶液；(2)氧离子导体组分溶液配制：将氧离子导体前体组分Ce盐和Sm盐配成混合盐水溶液；(3)在反应釜内加入水作为底液，加入混合盐溶液、碱液、氨水、混合盐水溶液，使其发生化学反应；(4)反应结束后，将所得体系固液分离，得到粉末状镍钴锰三元前驱体；(5)将所得镍钴锰三元前驱体与LiOH混合研磨，在氧气氛围中煅烧，得高镍三元正极材料。2.根据权利要求1所述的制备高镍三元正极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中，镍盐中的镍离子、钴盐中的钴离子和锰盐中的锰离子的摩尔比依次为x：y:1
‑
x
‑
y，其中0<x<1，0<y<1；所述混合盐溶液中，镍、钴、锰三种金属离子的总摩尔浓度为0.5
‑
2.5mol/L；步骤(2)中，Ce盐的Ce离子与Sm盐中的Sm离子的摩尔比为8：2。3.根据权利要求2所述的制备高镍三元正极材料的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述碱液为氢氧化钠溶液，其中，氢氧化钠的摩尔浓度为3
‑
10mol/L；所述氨水的摩尔浓度为0.5
‑
5mol/L；所述化学反应在惰性气体保护下进行；所述反应在搅拌下进行；反应过程中通过加入碱液和氨水调节反应体系的pH值至10
‑
13；反应体系的温度为40
‑
70℃。4.根据权利要求3所述的制备高镍三元正极材料的方法，其特征在于：步骤(3)中所述混合盐溶液、所述混合盐水溶液、所述碱液和所述氨水并流加入到所述反应釜时的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星，闵长青，李郭威，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：