高镍正极材料及其制备方法与应用与流程

本申请涉及电池材料制备，具体涉及高镍正极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、高镍三元正极材料ncm因其良好的导电性、高比容量等优点，极有希望成为市场中下一代主流的正极材料，因此备受人们关注。但是其材料本身存在一些问题，如锂镍混排产生的容量衰减、表层强氧化性的高价过渡金属离子与电解液发生严重的副反应等，这些问题需要进一步地优化解决。常用的高镍三元正极材料表层改性方法主要有两种，即离子掺杂和表面包覆。离子掺杂能够提高层状结构的稳定性，拓宽li+的扩散通道。表面包覆能够抑制材料与电解液之间的直接接触，减少电解液与正极材料的副反应发生，同时，如果包覆层为导电介质还可以促进正极材料表面的li+传输，提升材料的倍率性能。

2、相关技术中，采用复合取代掺杂和表面复合沉积包覆两种方式对富镍多元材料进行改性，具体地，首先将富镍多元前驱体与锂源和掺杂元素m’的氧化物或氢氧化物干法混合，高温烧结得到掺杂改性的富镍多元材料，再将掺杂改性的材料与铝包覆液、钴包覆液混合均匀，烧结得到co、al化合物复合包覆的掺杂改性的富镍多元锂离子电池正极材料。也即，该相关技术是将掺杂和包覆分两个步骤依次进行，首先进行掺杂改性，将掺杂元素均匀分布于一次颗粒内部并烧结；接着采用包覆液包覆材料后再次烧结，掺杂和包覆分开进行，且需进行二次烧结，操作工艺复杂，不利于工业化生产。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的主要目的在于提供高镍正极材料及其制备方法与应用，能够对高镍正极材料同时实现元素的掺杂和包覆的改性，降低操作工艺的复杂程度，同时材料的锂镍混排程度和副反应的发生。

2、为实现上述发明目的，本申请第一方面提供了高镍正极材料的制备方法，包括如下步骤：

3、在络合剂和沉淀剂的存在下，将组分a中的各组分进行共沉淀反应，反应后得到沉淀物，将沉淀物后处理得到含ce的前驱体；所述组分a中包含镍盐、钴盐、锰盐及铈盐；

4、将所述前驱体、锂源、镧盐和水混合得到浆料，将所述浆料干燥、研磨后高温煅烧，得到高镍正极材料。

5、本申请第二方面提供了一种高镍正极材料，所述高镍正极材料的分子式：li1-x-ani0.7-y-bco0.2mn0.1cea+blax+yo2，0.0＜x＜1.0，0.0＜a＜1.0，0.0＜y＜0.7，0.0＜b＜0.7，x+y＜0.7，a+b＜0.7。

6、本申请第三方面提供了由上述制备方法制备得到的高镍正极材料。

7、本申请第四方面还提供了由上述制备方法制得的高镍正极材料的应用，将其用于制造锂离子电池。

8、本申请与现有技术相比，具有以下优点：

9、采用本申请提供的方法,在络合剂和沉淀剂的存在下，将包含镍盐、钴盐、锰盐及铈盐的组分a进行共沉淀反应，制得含ce的前驱体，使得改性元素ce在前驱体表面均匀沉淀，再将含ce的前驱体和镧盐、锂源混合高温煅烧，在煅烧的过程中，la3+掺杂入高镍正极材料的晶格中，也降低了高镍正极材料的锂镍混排程度；而且高镍正极材料颗粒的表面包覆了煅烧生成的la2o3，也起到了部分包覆的作用，避免了材料与电解液的直接接触；即同时实现了la的包覆+掺杂，降低了操作工艺的复杂程度。

10、具体而言，前驱体表面的ce在煅烧时会形成ceo2起到部分包覆高镍正极材料的作用，同时ce4+也会掺杂进入高镍正极材料的晶格中，即也同时实现了ce的包覆+掺杂。因此，本申请通过一步共沉淀反应+一次煅烧，既对材料进行了ce和la的掺杂，又构建了有效的包覆层，即同时得到了掺杂和包覆双改性的正极材料，步骤简单，降低了副反应的发生，且ce和la核外电子排布和离子半径的差异会形成不同的配位空间构型，在掺杂时扩散能垒不同，存在竞争机制，可协同稳定高镍正极材料的结构并降低离子混排程度，有效提高了高镍正极材料的电化学性能，有利于工业化生产。

11、本申请的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式予以详细说明。

技术特征：

1.高镍正极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述镍盐、钴盐及锰盐的摩尔比为33～98:1～66:1～66，所述铈盐摩尔量占镍盐、钴盐及锰盐总摩尔量的0.05％～0.5％；和/或，

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述络合剂以络合剂溶液的形式加入包含组分a的溶液中，以及所述沉淀剂以沉淀剂溶液的形式加入包含组分a的溶液中，得到反应体系溶液；络合剂溶液和沉淀剂溶液加入至反应体系溶液的ph在11-12。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于：所述共沉淀反应的条件包括：反应温度为40～60℃，反应时间为4-8h，搅拌转速为400～800r min-1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述沉淀物后处理包括：将沉淀物固液分离得到固体，将固体洗涤后干燥；其中，干燥温度为120～140℃。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述前驱体和锂源的摩尔比为1：1.02～1.2，所述镧盐的质量占前驱体总质量的1-4wt％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高温煅烧包括：于500～650℃下进行第一阶段煅烧，煅烧时间为5～8h；接着于700～850℃下进行第二阶段煅烧，煅烧时间为10～14h；达到第一阶段煅烧温度或达到第二阶段煅烧温度的升温速率为3～7℃min-1。

8.一种高镍正极材料，其特征在于：所述高镍正极材料的分子式为：li1-x-ani0.7-y-bco0.2mn0.1cea+blax+yo2，0.0＜x＜1.0，0.0＜a＜1.0，0.0＜y＜0.7，0.0＜b＜0.7，x+y＜0.7，a+b＜0.7。

9.由权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到的高镍正极材料。

10.由权利要求1-7任一项所述制备方法制得的高镍正极材料的应用，将其用于制造锂离子电池。

技术总结
本申请公开了高镍正极材料及其制备方法与应用，制备方法包括如下步骤：在络合剂和沉淀剂的存在下，将组分A中的各组分进行共沉淀反应，反应后得到沉淀物，将沉淀物后处理得到含Ce的前驱体；所述组分A中包含镍盐、钴盐、锰盐及铈盐；将所述前驱体和锂源、镧盐和水混合得到浆料，将所述浆料干燥、研磨后高温煅烧，得到Ce和La改性的高镍正极材料。本申请能够对高镍正极材料同时进行掺杂和包覆的改性，降低材料的锂镍混排程度和副反应的发生。

技术研发人员：冯言华
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：2024/3/17