正极材料前驱体及其制备方法、正极材料、锂离子电池及用电设备技术

本发明专利技术公开了一种正极材料前驱体及其制备方法、正极材料、锂离子电池以及用电设备，其中正极材料前驱体的制备方法包括：在共沉淀法制备正极材料前驱体的过程中，向反应溶液中加入螯合剂和掺杂剂；其中，所述螯合剂可以与所述掺杂剂的阳离子发生螯合反应。本发明专利技术公开的正极材料前驱体的制备方法，工艺步骤简单，能够得到掺杂元素于体相中均匀分布的正极材料前驱体。前驱体。

【技术实现步骤摘要】
正极材料前驱体及其制备方法、正极材料、锂离子电池及用电设备


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种正极材料前驱体及其制备方法、正极材料、锂离子电池及用电设备。

技术介绍

[0002]现有的三元材料改性方法分为两大类，即元素掺杂和包覆处理。包覆处理通常是将包覆物与一烧后的材料进行机械混合，随后在高温下煅烧继而达到包覆的效果。但是包覆的方法需要增加额外的混料、煅烧处理，流程繁琐；同时包覆难以做到均匀，产品的均一性不佳。此外，包覆处理仅仅能达到表面改性的效果，未能从根本上改进材料的结构稳定性。元素掺杂的方法大多基于一烧处理，即将前驱体与锂源混合后再与掺杂剂混合均匀，随后在高温下煅烧达到掺杂的效果。但是元素掺杂的方法同样需要额外的混料、煅烧处理，且均一性难以得到保证。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种正极材料前驱体的制备方法，该方法工艺步骤简单，能够得到掺杂元素于体相中均匀分布的正极材料前驱体。
[0004]第一方面，本专利技术提供一种正极材料前驱体的制备方法，包括：
[0005]在共沉淀法制备正极材料前驱体的过程中，向反应溶液中加入掺杂剂和螯合剂；其中，所述螯合剂可以与所述掺杂剂的阳离子发生螯合反应。
[0006]进一步的，所述螯合剂包括葡萄糖酸钠、聚乙烯醇和柠檬酸中的至少一种；和/或，
[0007]所述掺杂剂包括铝盐、镁盐、锆盐中的至少一种。
[0008]进一步的，所述铝盐包括氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种；和/或，
[0009]所述镁盐包括氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的至少一种；和/或，
[0010]所述锆盐包括氯化锆、硫酸锆、硝酸锆中的至少一种。
[0011]进一步的，所述共沉淀法制备正极材料前驱体的方法包括以下步骤：
[0012]将镍盐、钴盐和锰盐配制成混合金属盐溶液；以及
[0013]向所述混合金属盐溶液中加入沉淀剂，采用氨水调节溶液的pH为10.8～11.2；
[0014]其中，所述镍盐、钴盐和锰盐均为可溶性盐；和/或，
[0015]所述镍盐包括硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、碳酸镍中的至少一种；和/或，
[0016]所述钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、碳酸钴中的至少一种；和/或，
[0017]所述锰盐包括硝酸锰、氯化锰、硫酸锰、碳酸锰中的至少一种；和/或，
[0018]所述沉淀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。
[0019]进一步的，向反应溶液中加入螯合剂和掺杂剂后，还包括以下步骤：
[0020]控制反应溶液的温度为45℃～70℃，反应8h～16h；以及
[0021]分离出沉淀物，清洗、干燥后，得到正极材料前驱体。
[0022]第二方面，本专利技术提供了一种正极材料前驱体，所述正极材料前驱体是由前述的制备方法制备得到的。
[0023]第三方面，本专利技术提供了一种正极材料，所述正极材料是将前述的正极材料前驱体与锂源混合后，在氧化性气氛下煅烧而得到的。
[0024]进一步的，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂中的至少一种；
[0025]所述氧化性气氛为氧气气氛或空气气氛；和/或，
[0026]所述煅烧的温度为700℃～800℃，所述煅烧的时间为8h～16h。
[0027]第四方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极片中包括前述的正极材料。
[0028]第五方面，本专利技术提供了一种用电设备，包括前述的锂离子电池。
[0029]通过本专利技术中的上述实施例中的一个实施例或多个实施例，至少可以实现如下技术效果：
[0030]本专利技术通过在共沉淀法制备正极材料前驱体的过程中，同步加入掺杂剂和螯合剂，实现了共沉淀与元素掺杂同步进行的效果，继而实现掺杂元素在体相的均匀分布。相较于传统的掺杂技术，该方法极大地提升了元素掺杂的效果，提高了掺杂元素在正极材料体相中的均匀程度，有利于材料的容量发挥及提高材料的循环容量保持率。
具体实施方式
[0031]下面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，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，在不做特别说明的情况下，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0033]如
技术介绍
所述，在对正极材料进行改性时，现有技术无论是包覆法还是掺杂法均存在诸多的缺点，例如工艺步骤较为复杂、产品的均一性难以保证等。
[0034]针对这一技术问题，专利技术人在现有的共沉淀法制备正极材料的基础上，通过在共沉淀的过程中同步添加螯合剂和掺杂剂，成功地将掺杂元素均匀地掺杂入正极材料前驱体内，提高了产品的均一性，并且该方法的步骤十分简单。
[0035]共沉淀法是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法，具体步骤为：配制含有两种或多种阳离子的溶液，使它们以均相存在于溶液中，然后加入沉淀剂以与溶液中的阳离子发生沉淀反应，经过沉淀反应后，即可得到含有各种成分的均一的沉淀。
[0036]对于正极材料来说，常用的制备方法有固相法、溶胶
‑
凝胶法和共沉淀法，其中固相法存在混料不均、产品粒径分布过宽的问题；溶胶
‑
凝胶法需要价格昂贵的有机试剂，制备成本高、周期长，难以大规模应用。而共沉淀法由于具有步骤简单、成本低，制备的产品形貌、成分、粒径分布比较均一等优势，因此成为了工业生产中应用最普遍的一种方法。
[0037]下面对本专利技术中提供的正极材料前驱体的制备方法进行具体的阐述。
[0038]本专利技术提供的制备方法包括：在共沉淀法制备正极材料前驱体的过程中，向反应溶液中加入掺杂剂和螯合剂；其中，所述螯合剂可以与所述掺杂剂的阳离子发生螯合反应。
[0039]本专利技术的原理是：在共沉淀的过程中，两种或多种正极材料的阳离子在沉淀剂的作用下于溶液中自发成核，并发生共沉淀反应形成氢氧化物；在这一过程中同步加入螯合剂和掺杂剂，而螯合剂可以与掺杂剂中的阳离子发生螯合反应形成螯合物，因此可以诱导螯合反应与共沉淀反应同步进行，从而可以使掺杂剂均匀地分布于沉淀物中，即制备得到了掺杂元素于体相中均匀分布的正极材料前驱体。
[0040]与现有的包覆法和掺杂法相比，本专利技术提供的制备方法无需额外增加机械混合、煅烧处理的流程，同时改性产品的均一性好，效果突出。
[0041]在本专利技术的一些实施例中，选用的螯合剂包括但不限于葡萄糖酸钠、聚乙烯醇和柠檬酸等中的至少一种。优选的，所述螯合剂为葡萄糖酸钠。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，在共沉淀法制备正极材料前驱体的过程中，向反应溶液中加入掺杂剂和螯合剂；其中，所述螯合剂可以与所述掺杂剂的阳离子发生螯合反应。2.如权利要求1所述的一种正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述螯合剂包括葡萄糖酸钠、聚乙烯醇和柠檬酸中的至少一种；和/或，所述掺杂剂包括铝盐、镁盐、锆盐中的至少一种。3.如权利要求2所述的一种正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述铝盐包括氯化铝、硫酸铝、硝酸铝中的至少一种；和/或，所述镁盐包括氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的至少一种；和/或，所述锆盐包括氯化锆、硫酸锆、硝酸锆中的至少一种。4.如权利要求1所述的一种正极材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述共沉淀法制备正极材料前驱体的方法包括以下步骤：将镍盐、钴盐和锰盐配制成混合金属盐溶液；以及向所述混合金属盐溶液中加入沉淀剂，采用氨水调节溶液的pH为10.8～11.2；其中，所述镍盐、钴盐和锰盐均为可溶性盐；和/或，所述镍盐包括硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、碳酸镍中的至少一种；和/或，所述钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、碳酸钴中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：