【技术实现步骤摘要】
本申请涉及新能源，尤其涉及一种高容量高倍率多晶三元正极材料及其制备方法、电池。
技术介绍
1、随着电动工具、电动汽车（evs）和智能电网等新兴事物的涌现和发展，高能量密度、高功率密度和长循环寿命的锂离子电池的发展需求变得越来越迫切，为了解决里程焦虑，高镍化和高电压化为通常的提升能量密度的手段，而高镍化往往会导致正极材料结构的不稳定，提高了自燃的现象发生概率，镍含量的提高，对水分也会敏感，往往反向要求生产环境要对水分的控制要求更高。
2、目前，常规类型的6系三元材料主要为ncm613和ncm622，两种6系三元材料的ni比例占金属比例的60%，0.5c比容量可达170mah/g，但仍较难以满足目前锂离子电池对容量的要求。同时，因为高镍材料反应的特性，往往需求生产中采用较低温度+氧气气氛进行高温固相反应，大大增加了生产成本和生产难度。
3、此外，常规的三元材料高温固相反应合成方法为简单的双平台升温至最终高温反应温度，持续保温十余小时再降温冷却得到成品，所需烧结时间久，成本高，长时间的高温反应也导致三元材料特别是高镍较为严重的锂镍混排，严重影响材料性能。
4、现有技术1：中国专利申请202410098770.8公开了一种三元正极材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：
5、将镍钴锰三元前驱体和锂源混合后进行第一烧结处理得到正极材料前体；
6、将正极材料前体与尿素混合后进行第二烧结处理得到所述三元正极材料。
7、该方案由于采用适量的尿素对三元正极材料前体进行包覆，
8、进一步观察该方案可见，该方案中的第一烧结处理包括：
9、第一段烧结包括以1.5～2.5℃/min的升温速率升温至650～750℃；
10、第二段烧结包括以0.5～1℃/min的升温速率升温至850～900℃，保温10～14h；
11、第三段烧结包括以0.5～1℃/min的降温速率降温至650～750℃后随炉冷却；
12、进一步观察该方案的说明书第56段对分段烧结的记载可见，其作用在于：“采用分阶段加热的方式进行混锂，可以使锂源与镍钴锰三元前驱体混合得更加均匀，也可以减少材料表面残余锂的量，从而提高电池的电化学性能”。
13、现有技术2：中国专利申请202410672263.0公开了一种三元多晶正极材料及其制备方法、锂离子电池和用电装置，包括三元正极材料基体和包覆在基体表面的复合氧化物包覆层，复合氧化物包覆层中富含co、nb、m3元素，m3元素选择为si、w、sn、la、zr、ce、mg和al中的至少一种。
14、其制备方法包括：将三元前驱体材料、锂源和含m2元素的化合物混合后进行烧结，得到一烧材料；将一烧材料与钴源、铌源、含m3元素的化合物混合后进行烧结，得到三元多晶正极材料；
15、其中m2元素包括zr、sr、w、al、ti、mo、ce、ca、ta和mg；
16、此方案中是将铌作为包覆层进行使用而非作为掺杂剂使用。
17、本方案需要解决的问题：如何提供一种能够制备高容量高倍率的多晶三元正极材料的制备方法。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，该方法通过多个烧结平台与掺杂元素、包覆元素、三元材料之间的相互作用，从晶体结构稳定性、锂镍混排程度、锂分散均匀程度以及正极材料自身的稳定性等多个方面提升了多晶三元正极材料的容量以及倍率性能。
2、本申请不作特殊说明的情况下：nm代表纳摩尔/升，μm代表微摩尔/升，mm代表毫摩尔/升，m代表摩尔/升；
3、为实现上述目的，本申请公开了一种高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1：将镍钴锰前驱体与掺杂剂a、锂源混合，一次烧结，得到一烧物料；
5、步骤2：将一烧物料破碎，随后与包覆剂b、包覆剂c混合，二次烧结，得到高容量高倍率多晶三元正极材料；
6、所述一次烧结过程中，包括第一保温平台、第二保温平台和第三保温平台；
7、所述第一保温平台的温度为660～700℃，保温时间为1.5～2.5h；
8、所述第二保温平台的温度为850～900℃，保温时间为1.5～2.5h；
9、所述第三保温平台的温度为750～790℃，保温时间为4～6h；
10、所述掺杂剂a选自含有铌元素、锆元素、钇元素、锶元素的化合物中的至少一种；
11、所述包覆剂b选自含有硼元素、钴元素的化合物中的至少一种；
12、所述包覆剂c选自含有硅元素、铝元素的化合物中的至少一种。
13、通过在一次烧结之前向物料中加入的掺杂剂a一方面来降低锂源的熔点，提升锂在材料中的渗透能力，进而使锂分布得更加均匀，同时，由于掺杂剂a能够进入一烧物料的晶格中并起到稳定作用，因此，还能够有效的抑制锂镍混排对正极材料带来的不利影响；
14、同时由于掺杂剂a的助熔作用，使得在一烧过程中无需全程保持高温烧结，而作为温度相对较低的第一保温平台，能够使烧结过程中分解后反应物（li2o、ncmo）进行初步反应，在这一较低的反应温度下进行的温和反应，能够得到大小均一、结果完整的初级晶粒，为后续的高温条件下晶粒充分的生长做下良好的铺垫，最终易于得到一次颗粒大小均匀，晶格完整的正极材料成品；
15、进一步再通过温度相对较高的第二保温平台使掺杂剂a更容易进入正极材料的晶格内部，同时，温度相对较高的第二保温平台能够促进晶粒的快速生长使晶粒在短时间成长为体积接近预期目标的一次颗粒；最后通过降温烧结的方式进一步促进晶粒的生长，并且更为重要的是，相对长时间的第三保温平台由于其温度相对较低，能够抑制锂镍混排现象并使一次颗粒的内部缺陷得到修复，进而提升一次颗粒的结构稳定性；
16、同时向一烧物料的表面进行包覆，一方面两种包覆剂均能够在正极材料的表面形成快离子导体包覆层，不仅提升对正极材料的保护能力，还能够在一定程度上提升材料的倍率性能，并且包覆层中的部分元素同样会有部分进入晶格内部，进一步地修补一次颗粒的内部缺陷；
17、优选地，所述镍钴锰前驱体的化学通式为nixcoymnz（oh）2，其中0.60≤x≤0.70，0.10≤y≤0.20，0.20≤z≤0.30且x+y+z=1；
18、当上述设计应用至镍含量为0.6～0.7的中镍三元正极材料中，其对于锂镍混排的抑制能力更为突出，原因可能在于，锂镍混排现象随着镍含量的升高而提升，低镍三元材料由于其镍含量相对较低，锂镍混排相对并不严重；
19、而高镍材料或超高镍材料由于其更高的镍含量导致锂镍混排过于剧烈，即使能够对其产生抑制作用，但相对中镍材料而言，呈现出的抑制效果并不明显；
20、优选地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰前驱体的化学通式为NiXCoYMnZ（OH）2，其中0.60≤x≤0.70，0.10≤y≤0.20，0.20≤z≤0.30且x+y+z=1。
3.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰前驱体的化学通式为NiXCoYMnZ（OH）2，其中0.65≤x＜0.70，0.10＜y≤0.15，z＝0.20且x+y+z=1。
4.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂A至少包含含有铌元素的化合物；
5.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂A为含有铌元素的化合物以及含有锆元素的化合物，所述含有锆元素的化合物中锆元素的质量为高容量高倍率多晶三元正极材料总质量的500～1500ppm；
6.根据权利要求5所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法
7.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述二次烧结过程中，烧结的温度为250～350℃，烧结时间为3～5h。
8.一种高容量高倍率多晶三元正极材料，其特征在于，通过权利要求1-7中任一所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法制得。
9.一种锂离子电池，其特征在于，含有权利要求8所述的高容量高倍率多晶三元正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰前驱体的化学通式为nixcoymnz（oh）2，其中0.60≤x≤0.70，0.10≤y≤0.20，0.20≤z≤0.30且x+y+z=1。
3.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰前驱体的化学通式为nixcoymnz（oh）2，其中0.65≤x＜0.70，0.10＜y≤0.15，z＝0.20且x+y+z=1。
4.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂a至少包含含有铌元素的化合物；
5.根据权利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正极材料的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚亚兵，周志度，刘庆强，梁家旺，赵健辉，李宇东，黄政权，杨连昌，范江，万国江，
申请(专利权)人：英德市科恒新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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