三元材料及其制备方法、正极、二次电池和电子设备与流程

本申请涉及电化学，特别是涉及一种三元材料及其制备方法、正极、二次电池和电子设备。

背景技术：

1、近年来，三元材料由于具有容量高、结构稳定、安全性好、成本低且对环境没有污染等优点而受到动力电池市场的广泛关注。层状镍钴锰三元材料(结构式为li(nicomn)o2)具有α-nafeo2层状结构，具有二维可逆的锂离子嵌入与脱嵌通道。作为锂离子电池新型正极材料，镍钴锰三元过渡金属复合氧化物综合了licoo2、linio2和limn2o4三种层状材料的优点，形成了一个licoo2/linio2/limno2的共熔体系：引入ni提高了正极材料的容量；引入co不但减少了阳离子混合占位的情况，而且有效稳定了材料的层状结构；而mn的引入不但可以降低正极材料的生产成本还可以改善该材料在充放电循环过程中的安全稳定性。但是，该材料自身也存在一些缺点，如高温大倍率放电性能及高充电截止电压条件下的循环稳定性能差等缺点，而这些缺点同样制约着锂离子正极三元材料在市场上的更加广泛的应用。

2、目前，锂离子层状三元材料的制备方法主要可以分为高温固相法和低温液相法。高温固相法合成工艺简单，技术较为成熟，便于大规模工业生产，但是该方法在原料的混合和细化过程中主要采用机械手段，而机械混合后原料容易出现微观分布不均匀的现象，且细化过程中容易引入杂质，因此该方法得到的产物容易出现粒度分布不均等问题。低温液相法主要包括溶胶-凝胶法、水热法和共沉淀法等。这些方法虽然合成温度低，产物粒度易于控制，但是其工艺相对较复杂，成本较高，不易大规模生产。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种三元材料及其制备方法、正极、二次电池和电子设备，可以提升三元材料粒度分布的均匀性，提升其电化学性能，同时易进行规模化生产。

2、本申请的第一方面提供了一种用于制备三元材料的方法，包括：

3、对锂盐与三元前驱体的混合料进行烧结处理，得到烧结料；

4、对所述烧结料进行破碎处理，得到预设粒度的粉料；

5、利用超声辅助合成法对所述粉料进行超声处理，得到三元材料。

6、在本申请的一些实施方式中，所述利用超声辅助合成法对所述粉料进行超声处理，包括：

7、将所述粉料分散于有机溶剂中，得到分散液；

8、在液冷条件下对所述分散液进行间断式地超声处理。

9、在本申请的一些实施方式中，所述超声处理满足如下条件中的至少一者：

10、(1)所述超声处理的功率为200w～1200w，可选为500w～1000w；

11、(2)所述超声处理的总时间为2h～12h，可选为5h～10h；

12、(3)每次超声的时间为2s～6s，可选为3s～5s；

13、(4)相邻的两次超声的时间间隔为4s～15s，可选为5s～10s；

14、(5)所述液冷条件的温度为18℃～26℃；

15、(6)所述有机溶剂包括无水乙醇、乙二醇和异丙醇中的一种或多种。

16、在本申请的一些实施方式中，所述烧结处理满足如下条件中的至少一者：

17、(1)所述烧结处理的温度为600℃～950℃；

18、(2)所述烧结处理的时间为5.5h～18h；

19、(3)所述烧结处理在氧气的气氛下进行，

20、可选地，所述氧气的流速为10l/min～50l/min。

21、在本申请的一些实施方式中，所述预设粒度为33μm～75μm。

22、在本申请的一些实施方式中，还包括制备所述混合料的步骤：

23、将所述锂盐与所述三元前驱体在转动的条件下进行混合，得到所述混合料；

24、可选地，所述转动的转速为850r/min～1500r/min；

25、可选地，所述混合的时间为5min～20min。

26、在本申请的一些实施方式中，所述方法满足如下条件中的至少一者：

27、(1)所述锂盐包括氢氧化锂和/或碳酸锂；

28、(2)所述三元前驱体的分子式为nixcoymn1-x-y(oh)2，0.6≤x≤0.96，0≤y≤0.2；

29、(3)所述锂盐与所述三元前驱体的摩尔比为(1.06～2.00):1。

30、在本申请的一些实施方式中，在对所述粉料进行超声处理之后，还包括：

31、对所述超声处理后的产物做干燥处理；

32、可选地，所述干燥处理的温度为60℃～180℃；

33、可选地，所述干燥处理的时间为8h～20h。

34、本申请的第二方面提供了一种三元材料，通过本申请第一方面的方法制得。

35、在本申请的一些实施方式中，所述三元材料满足如下条件中的至少一者：

36、(1)所述三元材料的颗粒的d50为2.0μm～3.5μm；

37、(2)所述三元材料的颗粒的比表面积为0.60m2/g～2.50m2/g。

38、本申请的第三方面提供了一种正极，包括本申请第二方面的三元材料。

39、本申请的第四方面提供了一种二次电池，包括本申请第三方面的正极。

40、本申请的第五方面提供了一种电子设备，包括本申请第四方面的二次电池。

41、本申请的电子设备包括本申请提供的二次电池，因而至少具有与所述二次电池相同的优势。

42、本申请提供的上述方法通过对烧结破碎后的粉料利用超声辅助合成法进行超声处理，能够对三元材料的颗粒尺寸进行调节，其中，超声处理主要是利用了超声空化过程中产生的气泡在破裂时产生的高温高压的特殊环境，从而制备出了颗粒均一性较高且比表面积合适的三元材料。由于三元材料的颗粒均一性较好且比表面积合适，因此材料表面的活性点位增加，材料的界面阻抗降低，由此更有利于活性离子(如锂离子)的嵌入，减小材料的电化学极化，从而使三元材料的循环稳定性和比容量等电化学活性得以提升。通过本申请提供的方法，最终制备获得了具有较高电化学活性的三元材料。此外，由于该方法的制备工艺简单，因此有利于实现大规模的生产应用。

技术特征：

1.一种用于制备三元材料的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用超声辅助合成法对所述粉料进行超声处理，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述超声处理满足如下条件中的至少一者：

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述烧结处理满足如下条件中的至少一者：

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述预设粒度为33μm～75μm。

6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，还包括制备所述混合料的步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法满足如下条件中的至少一者：

8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在对所述粉料进行超声处理之后，还包括：

9.一种三元材料，其特征在于，根据权利要求1-8任一项所述的方法制得。

10.根据权利要求9所述的三元材料，其特征在于，所述三元材料满足如下条件中的至少一者：

11.一种正极，其特征在于，包括权利要求9或10所述的三元材料。

12.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求11所述的正极。

13.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求12所述的二次电池。

技术总结
本申请提供一种三元材料及其制备方法、正极、二次电池和电子设备，三元材料的制备方法包括：对锂盐与三元前驱体的混合料进行烧结处理，得到烧结料；对烧结料进行破碎处理，得到预设粒度的粉料；利用超声辅助合成法对粉料进行超声处理，得到三元材料。本申请提供的三元材料的制备方法能够提升三元材料粒度的均一性，进而提升材料的容量和循环性能；且该方法简单易实现，有利于进行规模化的生产应用。

技术研发人员：孙立文,徐宁,吕菲,于利梅
受保护的技术使用者：天津巴莫科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13