一种高导电正极材料的制备方法与锂电池与流程

    专利查询2025-03-29  8


    本发明涉及正极材料,具体涉及一种高导电正极材料的制备方法与锂电池。


    背景技术:

    1、随着碳中和目标的提出,新能源行业得到了快速的发展,锂离子电池作为新能源行业中的一种储能装置,被广泛的应用于新能源汽车、电动工具、储能电站等领域内,近年来,锂离子电池技术经历了高速革新,包括正负极材料的多样化、电解质体系的改进以及电池管理系统的优化,使得新能源电池的能量密度,循环寿命和安全性得到了有效的提升。其中,正极材料是决定电池性能的重要因素,目前,热稳定性强、能量密度高的高镍正极材料,因其具有更大的比容量而广受关注,但高镍材料的循环性能不佳。

    2、现有技术采用向高镍正极材料中包覆磷酸盐、硼酸盐等材料的方式提升其循环性能,但上述材料包覆高镍材料后,导致正极材料的导电能力下降,影响了正极材料形成的电池的电化学性能。


    技术实现思路

    1、因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的高镍正极材料导电能力下降的缺陷,从而提供一种高导电正极材料的制备方法与锂电池。

    2、本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中的高镍正极材循环性能不佳的缺陷,从而提供一种高导电正极材料的制备方法与锂电池。

    3、为此,一方面,本发明提供一种高导电正极材料的制备方法,包括如下步骤,将正极材料与包覆料混合,煅烧,所述包覆料包括含钛化合物和含锶化合物。

    4、在其中一些实施例中,所述高导电正极材料中钛元素的掺杂量为300-2000ppm,锶元素的掺杂量为300-2000ppm。

    5、在其中一些实施例中,所述含钛化合物为二氧化钛、四氯化钛、钛酸钡中的至少一种。

    6、在其中一些实施例中,所述含锶化合物为氧化锶、碳酸锶、硝酸锶、氯化锶、氢氧化锶中的至少一种。

    7、优选的,所述钛元素的掺杂量为500-800ppm,锶元素的掺杂量为500-800ppm。

    8、在其中一些实施例中,所述煅烧的温度为400-600℃,煅烧时间为5-8h,煅烧时的升温速率为2℃/min。

    9、在其中一些实施例中,在梯度搅拌的状态下,将所述正极材料与包覆料的混合,所述梯度搅拌的过程为,正极材料与包覆料在800-1200rpm转速下混合1-3min,在1800-2200rpm转速下混合2-4min,在3200-3800rpm转速下混合12-18min。

    10、在其中一些实施例中,所述正极材料为锂源、镍钴前驱体和掺杂材料混合、煅烧制得。

    11、优选的,所述掺杂材料为含铝化合物或含锆化合物中的至少一种。

    12、在其中一些实施例中,所述镍钴前驱体包括第一晶粒和第二晶粒,所述第一晶粒与第二晶粒的质量比为(6-8):(2-4),其中,第一晶粒的中值粒径为13~16μm,第二晶粒的中值粒径为2~4μm。

    13、在其中一些实施例中,所述锂源中锂元素的摩尔量为n,镍钴前驱体中镍钴元素和掺杂材料中金属元素的总摩尔比为n,n:n=(1.0-1.1):1。

    14、在其中一些实施例中,所述含铝化合物中铝元素与锂元素的摩尔比为(0.01-0.02):(0.95-1.05)。优选的,所述含铝化合物为氧化铝、氢氧化铝、氯化铝、硫酸铝中的至少一种。

    15、在其中一些实施例中,所述含锆化合物中锆元素与锂元素的摩尔比为(0.001-0.002):(0.95-1.05)。优选的,所述含锆化合物为氧化锆、硫酸锆、硝酸锆或氟化锆中的至少一种。

    16、在其中一些实施例中,所述镍钴前驱体的比表面积为5-10m2/g,所述镍钴前驱体的振实密度为1-3g/cm3。

    17、在其中一些实施例中,所述正极材料的制备中,煅烧的过程依次为,在400-600℃下煅烧3-5h后,在710-750℃下煅烧8-12h。

    18、在其中一些实施例中,所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂或乙酸锂中的至少一种。

    19、在其中一些实施例中,所述正极材料的化学通式为li1+y(niacobal1-a-b-czrc)1-yo2,其中,0≤y≤0.2,0.7≤a≤0.95,0.01≤b≤0.1,0≤c≤0.05。

    20、另一方面,本发明提供一种锂电池,包括高导电正极材料,所述高导电正极材料由上述的高导电正极材料的制备方法制得。

    21、本发明技术方案,具有如下优点:

    22、1.本发明提供的一种高导电正极材料的制备方法,包括如下步骤,将正极材料与包覆料混合,煅烧,所述包覆料含有钛元素和锶元素。本发明利用钛元素和锶元素对正极材料进行包覆,一方面能够隔绝正极材料与电解液的接触,提高正极材料的循环性能,另一方面,通过钛元素和锶元素协同增效,提高锂离子的迁移速率,提高正极材料的电子传输性能,降低正极材料的直流电阻,提高正极材料的导电性能,同时还能够抑制循环过程中直流电阻的增长。

    23、2.本发明提供的一种高导电正极材料的制备方法,所述正极材料为锂源、镍钴前驱体和掺杂元素混合、煅烧制得。本发明向正极材料中添加掺杂元素,改性正极材料。

    24、所述掺杂元素包括铝元素或锆元素中的至少一种。本发明向正极材料中少量的掺杂铝元素或锆元素,不会大幅度的降低高镍材料中镍的含量,也不会改变正极材料的稳定结构,因此,对正极材料的容量影响小,同时还能够降低正极材料阳离子混排现象,进一步的提升结构的稳定性,改善循环性能,同时降低正极材料直流电阻及正极材料内部的副反应发生的可能性,提升锂离子的脱嵌速率。

    25、3.本发明提供的一种高导电正极材料的制备方法,所述镍钴前驱体包括第一晶粒和第二晶粒,所述第一晶粒与第二晶粒的质量比为(6-8):(2-4),其中,第一晶粒的中值粒径为13~16μm,第二晶粒的中值粒径为2~4μm。本发明利用大尺寸晶粒和小尺寸晶粒合理复配,降低了正极材料直流电阻,提升了正极材料的导电性能,减小离子脱嵌传输距离,显著提高了电子、离子转运、存储和反应动力学速率。



    技术特征:

    1.一种高导电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所述的高导电正极材料的制备方法,其特征在于,所述高导电正极材料中钛元素的掺杂量为300-2000ppm;和/或,

    3.根据权利要求2所述的高导电正极材料的制备方法,其特征在于,所述含钛化合物为二氧化钛、四氯化钛、钛酸钡中的至少一种;和/或,

    4.根据权利要求1-3任一项所述的高导电正极材料的制备方法,其特征在于,所述煅烧的温度为400-600℃,煅烧时间为5-8h;

    5.根据权利要求4所述的高导电正极材料的制备方法,其特征在于,所述正极材料为锂源、镍钴前驱体和掺杂材料混合、煅烧制得。

    6.根据权利要求5所述的高导电正极材料的制备方法,其特征在于,所述掺杂材料为含铝化合物或含锆化合物中的至少一种;和/或,

    7.根据权利要求6所述的高导电正极材料的制备方法,其特征在于,所述锂源中锂元素的摩尔量为n,镍钴前驱体中镍钴元素和掺杂材料中金属元素的总摩尔比为n,n:n=(1.0-1.1):1;和/或,

    8.根据权利要求7所述的高导电正极材料的制备方法,其特征在于,所述正极材料的制备中,煅烧的过程为,在400-600℃下煅烧3-5h后,在710-750℃下煅烧8-12h;和/或,

    9.根据权利要求8所述的高导电正极材料的制备方法,其特征在于,所述正极材料的化学通式为li1+y(niacobal1-a-b-czrc)1-yo2,其中,0≤y≤0.2,0.7≤a≤0.95,0.01≤b≤0.1,0≤c≤0.05;

    10.一种锂电池,其特征在于,包括高导电正极材料,所述高导电正极材料由权利要求1-9任一项所述的高导电正极材料的制备方法制得。


    技术总结
    本发明涉及正极材料技术领域,具体涉及一种高导电正极材料的制备方法与锂电池。本发明提供的一种高导电正极材料的制备方法,包括如下步骤,将正极材料与包覆料混合,煅烧,所述包覆料含有钛元素和锶元素。本发明利用钛元素和锶元素对正极材料进行包覆,一方面能够隔绝正极材料与电解液的接触,提高正极材料的循环性能,另一方面,通过钛元素和锶元素协同增效,提高锂离子的迁移速率,提高正极材料的电子传输性能,降低正极材料的直流电阻,提高正极材料的导电性能,同时还能够抑制循环过程中直流电阻的增长。

    技术研发人员:许开华,栗云鹏,陈玉君,董园初,李伟,耿伟翔,杨星宇,周晓燕
    受保护的技术使用者:格林美(无锡)能源材料有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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