一种镍锆正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池材料制备，具体涉及一种镍锆正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、发展清洁能源迫在眉睫，锂离子电池作为新能源领域的佼佼者，其循环容量高、倍率性能好、循环可逆性好，在近几年受到众多的关注。

2、传统的锂离子电池正极材料主要集中在镍、钴、锰等材料，三元正极材料是锂离子电池中最重要的组成部分之一，性能直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能；三元正极材料是指镍、钴、锰三种金属元素组成的复合材料，这种材料具有高能量密度、较长的循环寿命和较好的安全性能，被广泛应用于锂离子电池。但是三元正极材料仍存在一些问题需要解决。

3、三元正极材料中的钴元素的价格一直居高不下，较为昂贵，制备工艺较为复杂。此外，在制备三元正极材料过程中还会添加较多的添加剂，发生副反应导致较多杂质的生成。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服在三元材料价格居高不下，以及在制备过程中由于添加剂过多，导致生成的材料杂质较多等缺陷，从而提供一种镍锆正极材料及其制备方法和应用。

2、为此，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明提供了一种镍锆正极材料，其原料包括镍源、锆源和络合剂；所述络合剂为均苯四甲酸酐。

4、所述镍源中的镍和所述锆源中的锆的摩尔比为(6-9):(1-4)；

5、优选地，以所述镍源中的镍和所述锆源中的锆的总摩尔量为1计，所述镍源中的镍的摩尔量为0.6-0.9，所述锆源中的锆的摩尔量为0.1-0.4。

6、所述镍源中镍与所述锆源中锆的摩尔和与所述均苯四甲酸酐的摩尔量的比值为(3-8):1。

7、所述镍锆正极材料的原料还包括锂源；

8、优选地，所述锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂和磷酸锂中的至少一种；

9、优选地，所述镍源为镍盐；更优选地，所述镍源为硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的至少一种；

10、优选地，所加锆盐为锆盐；更优选地，所述锆源硫酸锆、硝酸锆和氯化锆中的至少一种。

11、本发明还提供了一种镍锆正极材料的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)配制均苯四甲酸酐的络合剂溶液；

13、(2)在所述络合剂溶液中加入镍源和锆源，得到镍锆前驱体；

14、(3)烧结。

15、所述络合剂溶液中均苯四甲酸酐的质量浓度为5％～10％；

16、优选地，所述络合剂溶液中的溶剂为有机溶剂；

17、优选地，所述有机溶剂为可溶解所述均苯四甲酸酐的溶剂；

18、优选地，所述络合剂溶液中的溶剂为乙醇、n-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种。

19、所述步骤(3)的具体步骤包括：在镍锆前驱体中加入锂源，烧结，得到镍锆正极材料；

20、优选地，所述烧结的温度为300-600℃，时间为8-10h；

21、优选地，所述镍锆前驱体与所述锂源的摩尔比为1:(1-1.05)；

22、优选地，进行所述烧结时，气氛包括氧气。

23、所述步骤(2)在得到所述镍锆前驱体之前还包括搅拌和/或烘干的步骤；

24、优选地，所述烘干的温度为80-100℃，时间为2-10h；

25、优选地，所述搅拌的速度为500-1500rpm；搅拌时间为5-10h。

26、其中，在络合剂溶液中加入镍源和锆源后得到的镍锆前驱体的结构式如下：

27、

28、此外，本发明还提供了一种正极极片，包括上述镍锆正极材料或上述制备方法制得的镍锆正极材料。

29、进一步地，本发明还提供了一种电池，包括上述正极极片。

30、本发明技术方案，具有如下优点：

31、1.本发明提供的镍锆正极材料，该镍锆正极材料的原料包括镍源、锆源和络合剂；所述络合剂为均苯四甲酸酐。本发明镍锆正极材料较为纯净，具有优异的循环性能、充放电容量和稳定性，适合量产；与现有技术正极材料相比，本发明镍锆正极材料具有添加剂少，杂质含量少，工艺简单等优点。本发明仅依靠均苯四甲酸酐为络合剂，使镍、锆发生络合配位，形成络合物，使得最后的产物镍锆正极材料中包括mof结构；本发明在进行金属离子与均苯四甲酸酐的络合反应时没有过多的反应，避免了副反应的发生和杂质的生成，产物较纯；此外生成产物中含有mof材料，能够吸收循环过程中产生的气体，避免循环性能的快速恶化，使正极材料具有较好的稳定性。

32、进一步地，本发明镍锆正极材料即使不引入钴元素也会具有高能量密度、长循环寿命和安全性能；又由于本发明正极材料可以不含钴元素，可以降低原料的成本。

33、进一步地，锆在充放电过程中，不伴随得失电子，性质较为稳定，能够起到稳定材料结构的作用，使材料在循环性能上有一个提升，随着循环圈数的增大，高镍材料和电解液氧化会伴随部分产气，mof材料可以吸收部分气体，避免循环性能的快速下降。本发明在正极材料中加入锆还能降低其生产成本。

34、2.本发明提供的镍锆正极材料。其中，镍用来提供正极材料的容量，添加量越高，容量越高；钴在充放电过程中，其化合价不会变化，较为稳定，起着稳定材料结构的作用，通过控制镍锆用量，可以进一步保证镍锆正极材料的电性能。

35、3.本发明提供的镍锆正极材料的制备方法，该方法工艺简单、易实现工业化，该方法制得的正极材料具有较好的循环新能和充放电容量，在制备正极材料过程中副反应少，杂质产生量少，得到的产物较为纯净，且不需要在正极材料中引入钴元素。

技术特征：

1.一种镍锆正极材料，其特征在于，其原料包括镍源、锆源和络合剂；所述络合剂为均苯四甲酸酐。

2.根据权利要求1所述的镍锆正极材料，其特征在于，所述镍源中的镍和所述锆源中的锆的摩尔比为(6-9):(1-4)；

3.根据权利要求1或2所述的镍锆正极材料，其特征在于，所述镍源中镍与所述锆源中锆的摩尔和与所述均苯四甲酸酐的摩尔量的比值为(3-8):1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的镍锆正极材料，其特征在于，其原料还包括锂源；

5.一种镍锆正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂溶液中均苯四甲酸酐的质量浓度为5％～10％；

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤包括：在镍锆前驱体中加入锂源，烧结，得到镍锆正极材料；

8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)在得到所述镍锆前驱体之前还包括搅拌和/或烘干的步骤；

9.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的镍锆正极材料或权利要求5-8任一项所述制备方法制得的镍锆正极材料。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极极片。

技术总结
本发明属于电池材料制备技术领域，具体涉及一种镍锆正极材料及其制备方法和应用。该镍锆正极材料的原料包括镍源、锆源和络合剂；所述络合剂为均苯四甲酸酐。本发明镍锆正极材料较为纯净，具有优异的循环性能、充放电容量和稳定性，适合量产；与现有技术正极材料相比，本发明镍锆正极材料具有添加剂少，杂质含量少，工艺简单等优点。本发明仅依靠均苯四甲酸酐为络合剂，使镍、锆发生络合配位，形成络合物，使得最后的产物镍锆正极材料中包括MOF结构；本发明在进行金属离子与均苯四甲酸酐的络合反应时没有过多的反应，避免了副反应的发生和杂质的生成，产物较纯。

技术研发人员：朱裕祥
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11