一种改性三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种改性三元正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种改性三元正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种改性三元正极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有输出电压高
、
功率密度高
、
能量密度高
、
循环寿命长
、
环境污染小等优点，现已广泛用于诸如移动电话和笔记本电脑等小型电子设备中，此外锂离子电池在储能方面也具有光明的应用前景
。
然而锂离子电池在很大程度上受制于不可持续的寿命和由不均匀
、
不稳定的固体电解质相所引发的不可控的枝晶生长，面对枝晶生长
、
体积膨胀和界面不稳定的挑战
。
[0003]三元材料尤其是
NCM
能量密度高
、
循环性能好
、
寿命较长，主要应用于乘用车
。
三元材料因其优点成为商业正极的热门材料
。
[0004]CN109244454A
公开了一种具有特殊分级结构的
NCM
三元正极材料，所述材料通过向去离子水中加入镍钴锰三元正极材料前驱体，搅拌并控制
pH
，然后在保护气体氛围下滴加混合金属盐溶液和混合碱溶液，使
pH
稳定在
10
‑
12
范围内，并控制进料时间和反应温度，得到改性后的镍钴锰三元正极材料前驱体；然后将改性后的镍钴锰三元正极材料前驱体和锂盐混合均匀进行煅烧后得到一种具有分级结构的
NCM
三元正极材料
。
[0005]CN113206238A
公开了一种
NCM
三元正极材料及其制备方法与锂离子电池，所述制备方法包括如下步骤：
(1)
混合钛源
、
有机溶剂和模板剂，搅拌后得到含钛溶液；
(2)
搅拌条件下混合三元正极材料和去离子水，辅以超声震荡后得到悬浊液；
(3)
搅拌条件下将步骤
(1)
所得含钛溶液匀速注入步骤
(2)
所述悬浊液中，离心分离后得到固体物料；
(4)
依次对步骤
(3)
所得固体物料进行洗涤
、
干燥以及热处理后得到包覆
TiO2的
NCM
三元正极材料
。
[0006]上述方案制得三元材料的电化学性能
、
热稳定性
、
结构稳定性还需进一步提高，尤其是在高温以及高电位测试环境下
。
随着镍含量的提高，这些问题显得尤为突出，因此，对于三元材料的改性十分重要
。
[0007]在锂离子电池首次充放电过程中，电解液在与电极的固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的
SEI
膜，
SEI
膜一方面可能造成表面死锂，使电池电化学性能下降；但另一方面却有效的阻隔了电解液对电极的侵蚀，减少了副反应，研究一种有效的组成参与到
SEI
膜的发展中，使
SEI
膜具有更快的
Li
+
传导性以及更强的稳定性具有一定重要意义
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种改性三元正极材料及其制备方法和应用，本专利技术所述方法制得改性三元正极材料可以在一定程度上避免表面死锂，提高
SEI
膜的
Li
+
传导速率，同时较少电解液对电极的腐蚀，减少副反应
。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种改性三元正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0011](1)
将镍源
、
钴源
、
锰源
、Me
源和溶剂混合得到混合盐溶液，将所述混合盐溶液与沉淀剂和络合剂并流注入底液，经一步反应，得到掺杂三元前驱体；
[0012](2)
将氢氟酸水溶液和硫酸亚锡混合，加入氟化钡，二步反应得到氟化亚锡的氢氟酸溶液；
[0013](3)
将掺杂三元前驱体
、
氟化亚锡的氢氟酸溶液和无水乙醇混合，三步反应后得到包覆氟化亚锡的前驱体；
[0014](4)
将所述包覆氟化亚锡的前驱体与锂源混合，烧结得到所述改性三元正极材料；
[0015]其中，所述
Me
源中的
Me
元素包括
La、Bi、In
或
Sr
中的任意一种或至少两种的组合
。
[0016]本专利技术并不对步骤
(1)
和步骤
(2)
的操作顺序进行限定，可以先进行步骤
(1)
也可以先进行步骤
(2)。
[0017]优选地，步骤
(1)
所述镍源
、
钴源
、
锰源和
Me
源包括硫酸盐
、
硝酸盐或氯化盐中的中的任意一种或至少两种的组合
。
[0018]本专利技术在三元前驱体制备过程中掺杂
Me
元素，特定的
Me
元素占据
Li
位点的“支柱”效应，可以抑制沿
c
轴的结构坍缩，在三元前躯体上包覆氟化亚锡，在后续前驱体与锂源混合烧结的过程中，可以产生
Li5Sn2、LiF
积极参与到
SEI
的形成中，改善离子传输和界面稳定性
。
[0019]优选地，所述镍源
、
钴源和锰源的总摩尔量与
Me
源的摩尔比为
(99.5
～
99.95):(0.05
～
0.5)
，例如：
99.5:0.5、99.6:0.4、99.8:0.2、99.92:0.08
或
99.95:0.05
等
。
[0020]优选地，所述混合盐溶液中金属离子的总质量浓度为
80
～
120g/L
，例如：
80g/L、90g/L、100g/L、110g/L
或
120g/L
等
。
[0021]优选地，所述沉淀剂包括液碱
。
[0022]优选地，所述沉淀剂的质量浓度为
30
～
42
％
。
，例如：
30
％
、32
％
、35
％
、40
％或
42
％等
。
[0023]优选地，所述络合剂包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)
将镍源
、
钴源
、
锰源
、Me
源和溶剂混合得到混合盐溶液，将所述混合盐溶液与沉淀剂和络合剂并流注入底液，经一步反应，得到掺杂三元前驱体；
(2)
将氢氟酸水溶液和硫酸亚锡混合，加入氟化钡，二步反应得到氟化亚锡的氢氟酸溶液；
(3)
将掺杂三元前驱体
、
氟化亚锡的氢氟酸溶液和无水乙醇混合，三步反应后得到包覆氟化亚锡的前驱体；
(4)
将所述包覆氟化亚锡的前驱体与锂源混合，烧结得到所述改性三元正极材料；其中，所述
Me
源中的
Me
元素包括
La、Bi、In
或
Sr
中的任意一种或至少两种的组合
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述镍源
、
钴源
、
锰源和
Me
源包括硫酸盐
、
硝酸盐或氯化盐中的中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述镍源
、
钴源和锰源的总摩尔量与
Me
源的摩尔比为
(99.5
～
99.95):(0.05
～
0.5)
；优选地，所述混合盐溶液中金属离子的总质量浓度为
80
～
120g/L
；优选地，所述沉淀剂包括液碱；优选地，所述沉淀剂的质量浓度为
30
～
42
％；优选地，所述络合剂包括氨水；优选地，所述络合剂的质量浓度为
10
～
20
％
。3.
如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
所述底液包括纯水
、
沉淀剂和络合剂；优选地，所述底液中氨的浓度为1～
15g/L
；优选地，所述底液的
pH
为
10
～
13
；优选地，所述注入的过程中进行搅拌；优选地，所述搅拌的速度为
250
～
400rpm。4.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坤，李雪倩，李聪，许开华，于杨，薛晓斐，
申请(专利权)人：格林美股份有限公司，
类型：发明
国别省市：