正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用与流程

本申请涉及电池，具体涉及一种正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用。

背景技术：

1、电池单体广泛用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等，随着电池技术的快速发展，对其性能的要求也越来越高。

2、目前行业对高能量密度的正极需求量激增，三元材料高镍和低钴无钴的发展方向逐渐清晰，然而当减少现有技术中正极活性材料的钴元素含量时，正极活性材料的循环稳定性变差，如何在降低成本的同时实现高性能的正极仍是一项严峻的技术挑战。

技术实现思路

1、本申请提供了一种正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用，该制备方法制备出的正极活性材料能够提高电池循环充放电的稳定性。

2、第一方面，本申请提供了一种正极活性材料的制备方法，包括：将含有镍源、钴源、锰源的混合液与含有掺杂元素m的盐溶液混合，得到混合盐溶液；在惰性气氛下，使混合盐溶液与络合剂及沉淀剂进行共沉淀反应，将产物进行分离后得到前驱体物质；将前驱体物质与锂源混合后在氧气氛围中进行焙烧处理，得到正极活性材料；其中，掺杂元素m包括al、ti、nb、ta、w或mo中的至少一种。

3、根据本申请第一方面的实施例，含有镍源、钴源、锰源的混合液中，基于镍原子、钴原子和锰原子的总物质的量，镍源、钴源、锰源按原子摩尔比ni：co：mn＝(80％～95％)：(0～10％)：(5％～10％)进行混合。

4、根据本申请第一方面的实施例，混合盐溶液中的原子摩尔比满足m：(ni+co+mn)＝(0.01～0.05)：1。

5、根据本申请第一方面的实施例，镍源、钴源、锰源独立选自其硫酸盐、氯化物、硝酸盐中的至少一种。

6、根据本申请第一方面的实施例，得到前驱体物质的步骤具体包括：使用蠕动泵将混合盐溶液、络合剂以及沉淀剂同时滴加入装有底液的反应器中进行共沉淀反应，共沉淀反应的温度t满足40℃-80℃，反应时长t满足8h-24h。

7、根据本申请第一方面的实施例，络合剂选自氨水、碳酸氢铵、氯化铵、水杨酸钠、乙二胺四乙酸中的至少一种。

8、根据本申请第一方面的实施例，沉淀剂选自naoh、koh、na2co3中的至少一种。

9、根据本申请第一方面的实施例，在得到前驱体物质的步骤中，加入络合剂及沉淀剂调节反应体系的ph为8～12。

10、根据本申请第一方面的实施例，锂源选自lioh和li2co3的至少一种，锂源与前驱体物质按原子摩尔比li：(ni+co+mn)＝(1.02～1.1)：1进行混合。

11、根据本申请第一方面的实施例，焙烧处理的温度为700℃-900℃，焙烧处理的时间为12h-24h。

12、第二方面，本申请提供了一种正极活性材料，由上述的制备方法制备得到，通式为lianibcocmndmeof；其中0.98≤a≤1.1，0.80≤b≤0.95，0≤c≤0.1，0.05≤d≤0.1，0.01≤e≤0.05，f＝2，m选自al、ti、nb、ta、w或mo中的至少一种。

13、第三方面，本申请提供了一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体以及设置于正极集流体的至少一侧的正极活性材料层，正极活性材料层包括上述的制备方法得到的正极活性材料或上述的正极活性材料。

14、第四方面，本申请提供了一种二次电池，包括上述的正极极片。

15、第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述的二次电池。

16、本申请提供的正极活性材料的制备方法，将镍源、钴源、锰源的混合液与含有掺杂元素m的盐溶液以溶液形式进行混合，可以使混合盐溶液中镍元素、钴元素、锰元素及掺杂元素m均匀分布，有利于在共沉淀反应后提高掺杂元素在前驱体物质中的分布均匀性，进而提高掺杂元素m在正极活性材料中的分布均匀性，有利于正极活性材料长期稳定地循环充放电；掺杂元素为al、ti、nb、ta、w或mo元素中的一种或几种，由于这些元素的离子半径较小，在焙烧过程中容易进入锂层进行掺杂或占位，从而抑制ni2+进入锂层，降低了材料的li+/ni2+阳离子混排，提高了晶粒界面的稳定性，且掺杂的金属元素不参与电化学反应，在锂层起到了支柱的作用，可以进一步加强材料的层状结构稳定性，进而使制备得到的正极活性材料应用于镍钴锰三元电池中时，能实现正极活性材料长期稳定地循环充放电。

技术特征：

1.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，含有所述镍源、所述钴源、所述锰源的所述混合液中，基于镍原子、钴原子和锰原子的总物质的量，所述镍源、所述钴源、所述锰源按原子摩尔比ni：co：mn＝(80％～95％)：(0～10％)：(5％～10％)进行混合。

3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述混合盐溶液中的原子摩尔比满足m：(ni+co+mn)＝(0.01～0.05)：1。

4.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述镍源、所述钴源、所述锰源独立选自其硫酸盐、氯化物、硝酸盐中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述得到前驱体物质的步骤具体包括：

6.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述络合剂选自氨水、碳酸氢铵、氯化铵、水杨酸钠、乙二胺四乙酸中的至少一种；和/或，

7.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，在所述得到前驱体物质的步骤中，加入所述络合剂及所述沉淀剂调节反应体系的ph为8～12。

8.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述锂源选自lioh和li2co3的至少一种，所述锂源与所述前驱体物质的按原子摩尔比li：(ni+co+mn)＝(1.02～1.1)：1进行混合。

9.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述焙烧处理的温度为700℃-900℃，所述焙烧处理的时间为12h-24h。

10.一种正极活性材料，由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备得到，其特征在于，通式为lianibcocmndmeof；其中0.98≤a≤1.1，0.80≤b≤0.95，0≤c≤0.1，0.05≤d≤0.1，0.01≤e≤0.05，f＝2，m选自al、ti、nb、ta、w或mo中的至少一种。

11.一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体以及设置于所述正极集流体的至少一侧的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括权利要求1-9中任一项所述的制备方法得到的正极活性材料或权利要求10所述的正极活性材料。

12.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求11所述的正极极片。

13.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求12中所述的二次电池。

技术总结
本申请提供了一种正极活性材料及其制备方法、正极极片及其应用。正极活性材料的制备方法包括：将含有镍源、钴源、锰源的混合液与含有掺杂元素M的盐溶液混合，得到混合盐溶液；在惰性气氛下，使混合盐溶液与络合剂及沉淀剂进行共沉淀反应，将产物进行分离后得到前驱体物质；将前驱体物质与锂源混合后在氧气氛围中进行焙烧处理，得到正极活性材料；其中，掺杂元素M包括Al、Ti、Nb、Ta、W或Mo中的至少一种。该制备方法制备出的正极活性材料能够提高电池循环充放电的稳定性。

技术研发人员：邢雷
受保护的技术使用者：北京车和家汽车科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16