【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，尤其涉及一种快充型三元前驱体材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、目前电动汽车的充电时间长，对比油车体验感较差，严重影响了电动汽车的发展和推广。目前就此问题，很多车企采用换电、快充等解决措施。换电投入成本高、技术非标化，难以广泛普及；快充主要有大电流和高电压两种方向，大电流技术改造较为容易、可兼容现有充电设备，但存在热损耗严重的问题；高电压技术具有热损耗低、增加续航里程的优势，是主要的发展趋势。针对高电压快充，除了开发配套的高压充电桩等硬件设施，研发适用于高电压充放电的电极材料也是材料开发的一种趋势。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种快充型三元前驱体材料及其制备方法与应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种快充型三元前驱体材料，所述前驱体材料为球形或类球形颗粒，其材料化学式为nixcoymnz(oh)2或者nixcoymnzco3，其中0.1≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3，0.1≤z≤0.8，x+y+z＝1；所述前驱体材料中氮元素含量呈自内而外由低到高的梯度浓度分布于材料各处，内核表示粒度d50达到目标d50的50％时的前驱体材料，内核氮含量为0.11-0.52wt％，外壳氮含量在0.61-1.92wt％。
3、一种快充型三元前驱体材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将镍源、钴源、锰源混合，得到混合金属盐溶液；
5、(2)将混合金
6、(3)将低浓度丝素蛋白水溶液换成高浓度丝素蛋白水溶液继续反应，达到目标d50后停止反应，得到氮含量梯度分布的快充型三元前驱体材料
7、作为上述技术方案的进一步描述：
8、所述步骤(1)中，所述混合金属盐溶液中镍元素的摩尔浓度为0.05～2.4mol/l，钴元素的摩尔浓度为0.05～0.9mol/l，锰元素的摩尔浓度为0.05～2.4mol/l，镍、钴、锰的总摩尔浓度为0.5～3.0mol/l。
9、作为上述技术方案的进一步描述：
10、所述步骤(2)中，所述低浓度丝素蛋白水溶液的浓度为0.3-1.5wt％；所述步骤(3)中，所述高浓度丝素蛋白水溶液的浓度为2.0-6.0wt％。
11、作为上述技术方案的进一步描述：
12、所述步骤(2)和步骤(3)中，所述共沉淀反应的ph为9～14，所述氨水浓度为0.1～1.0mol/l。
13、作为上述技术方案的进一步描述：
14、所述镍源包括氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍中的任意一种或多种；所述钴源包括氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴中的任意一种或多种；所述锰源包括氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、乙酸锰中的任意一种或多种；所述碱液包括碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠中的任意一种。
15、一种快充型三元正极材料，所述快充型三元正极材料由锂源和所述快充型三元前驱体材料混合后烧结制备获得。
16、一种快充型锂离子电池，所述快充型锂离子电池的正极极片包含所述快充型三元正极材料。
17、本专利技术具有如下有益效果：
18、1、与现有技术相比，本专利技术提出了利用丝素蛋白进行前驱体的氮掺杂反应，同时氮元素呈自内而外由低到高的梯度浓度分布于材料各处，在后续三元前驱体与锂源混合烧结后，内核中的氮元素原位掺杂于正极材料中，因含量少产气少，不会对材料内部结构造成破坏，外壳中会因为采用高浓度丝素蛋白水溶液而保留更多的氮元素，而碳、氧等物质在烧结消耗掉的同时会留下更多孔隙，从而使正极材料呈现内部紧致低比表-外部疏松高比表的核壳结构，这种结构对高电压充放电产生的应力形变有很好的抵抗力，同时疏松高比表的壳层结构有助于增加材料与电解液的浸润性和锂电活性位点，从而提升材料的快充性能和循环稳定性。
19、2、与现有技术相比，本专利技术氮原子在正极材料中替换了一部分氧原子的占位，氮原子的原子半径相对氧原子较宽，更好地为锂离子打开传输通道，提高材料在大电流下的锂离子迁移率，改善正极材料的循环稳定性和倍率性能，提升电池的充电效率。
20、3、与现有技术相比，本专利技术氮原子外侧有一对孤对电子，与金属原子的结合力更强，氮元素的原位掺杂可以更好地对金属原子起到固定的作用，更好地稳固晶体结构，减少锂镍混排现象的发生，提高材料在快速充放电过程中的安全性能和稳定性，侧面提升了材料的脱嵌锂能力，提高了材料的容量发挥。
21、4、与现有技术相比，本专利技术工艺方法较为简单，与现有的共沉淀工艺适配度高，无需变更设备，可快速实现规模化生产。
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1.一种快充型三元前驱体材料，其特征在于：所述前驱体材料为球形或类球形颗粒，其材料化学式为NixCoyMnz(OH)2或者NixCoyMnzCO3，其中0.1≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3，0.1≤z≤0.8，x+y+z＝1；所述前驱体材料中氮元素含量呈自内而外由低到高的梯度浓度分布于材料各处，内核表示粒度D50达到目标D50的50％时的前驱体材料，内核氮含量为0.11-0.52wt％，外壳氮含量在0.61-1.92wt％。
2.一种如权利要求1所述的快充型三元前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种快充型三元前驱体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述混合金属盐溶液中镍元素的摩尔浓度为0.05～2.4mol/L，钴元素的摩尔浓度为0.05～0.9mol/L，锰元素的摩尔浓度为0.05～2.4mol/L，镍、钴、锰的总摩尔浓度为0.5～3.0mol/L。
4.根据权利要求2所述的一种快充型三元前驱体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述低浓度丝素蛋白水溶液的浓度为0.3-1.5wt
5.根据权利要求2所述一种快充型三元前驱体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(3)中，所述共沉淀反应的pH为9～14，所述氨水浓度为0.1～1.0mol/L。
6.根据权利要求2所述的一种快充型三元前驱体材料的制备方法，其特征在于：所述镍源包括氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍中的任意一种或多种；所述钴源包括氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、乙酸钴中的任意一种或多种；所述锰源包括氯化锰、硝酸锰、硫酸锰、乙酸锰中的任意一种或多种；所述碱液包括碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠中的任意一种。
7.一种快充型三元正极材料，其特征在于：所述快充型三元正极材料由锂源和权利要求1所述快充型三元前驱体材料混合后烧结制备获得。
8.一种快充型锂离子电池，其特征在于，所述快充型锂离子电池的正极极片包含权利要求7所述快充型三元正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种快充型三元前驱体材料，其特征在于：所述前驱体材料为球形或类球形颗粒，其材料化学式为nixcoymnz(oh)2或者nixcoymnzco3，其中0.1≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3，0.1≤z≤0.8，x+y+z＝1；所述前驱体材料中氮元素含量呈自内而外由低到高的梯度浓度分布于材料各处，内核表示粒度d50达到目标d50的50％时的前驱体材料，内核氮含量为0.11-0.52wt％，外壳氮含量在0.61-1.92wt％。
2.一种如权利要求1所述的快充型三元前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种快充型三元前驱体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述混合金属盐溶液中镍元素的摩尔浓度为0.05～2.4mol/l，钴元素的摩尔浓度为0.05～0.9mol/l，锰元素的摩尔浓度为0.05～2.4mol/l，镍、钴、锰的总摩尔浓度为0.5～3.0mol/l。
4.根据权利要求2所述的一种快充型三元前驱体材料的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴琪，史莹飞，沙金，李佰康，石俊峰，
申请(专利权)人：江苏三金锂电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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