一种三元正极材料及制备方法与流程

本发明属于锂离子电池正极材料，特别涉及一种三元正极材料及制备方法。

背景技术：

1、新能源汽车的快速发展带动了对动力电池需求量的增长，作为动力电池的核心材料之一，三元正极材料的市场也变得更加广阔。

2、随着时间的推移，新能源汽车对动力电池的要求日益提高，半固态电池正展现出其在未来发展中的巨大潜力。相较于传统电池，半固态电池具备着出色的安全性能和高能量密度等诸多优点，因此在发展前景方面具有广阔的前景。在半固态电池中，三元正极材料因其具有较高的比容量，成为最佳的正极材料选择。然而，当前的正极材料仍然面临着离子传输特性、化学稳定性和机械稳定性等方面的挑战。因此，从改进正极材料本身的角度出发，进一步提升其在半固态电池中的性能，成为目前不可忽视的技术核心。

3、通过对正极材料的改性研究，可以解决当前所面临的诸多问题。如：改进离子传输特性，可以通过调控正极材料的结构，增加其表面积和开放具备发散状的开放孔隙，从而提供更多的离子传输通道。同时，改善正极材料的化学稳定性和机械稳定性，可以通过合适的添加剂和改良工艺来实现。这些改进措施将有助于提高半固态电池的循环寿命、快速充放电性能以及整体能量密度，推动其在新能源汽车领域的广泛应用。因此，正极材料改性技术具有重要的研究和应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种三元正极材料制备方法，旨在解决上述背景技术中现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种三元正极材料制备方法，包括以下步骤，

4、（1）配制a、b两种ni、co、mn混合盐溶液；

5、配制摩尔浓度为8~10mol/l的氢氧化钠溶液作为沉淀剂；

6、配制摩尔浓度为0.8~3.0mol/l的氨水溶液作为络合剂；

7、（2）将步骤（1）中配制的ncm混合盐溶液a、沉淀剂和络合剂分别以100~400ml/min的流速持续加入反应釜中进行共沉淀反应，反应釜内开启搅拌，并通入保护气体，反应釜的溢流流向提浓机，控制反应釜中的固含量为30~40%，当反应釜中物料的粒度d50生长到2~8μm，暂停反应；

8、（3）将步骤（1）中配制的ncm混合盐溶液b、沉淀剂和络合剂分别以100~600ml/min的流速持续加入反应釜中继续进行共沉淀反应，反应釜内持续搅拌，反应釜的溢流流向提浓机，控制反应釜中的固含量为10~20%，当反应釜中物料的粒度d50生长到5~15um，停止反应；

9、（4）步骤（3）所得物料经压滤、洗涤、干燥后得到三元前驱体；

10、（5）将步骤（4）所得三元前驱体与锂盐混合，进行加热反应，反应结束后冷却至室温，经过破碎和筛分，得到三元正极材料。

11、作为优选的，步骤（1）中，ncm混合盐溶液a的总浓度为1.5~2.5mol/l， ncm混合盐溶液b的总浓度为0.5~1.5mol/l。

12、作为优选的，步骤（5）中，三元前驱体与锂盐的摩尔比为1.00~1.08。

13、作为优选的，步骤（5）中，将三元前驱体与锂盐的混合物料置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热到350~400℃后，反应5小时，然后以10℃/min的升温速率升至710~770℃反应10~14小时，然后以10℃/min的降温速率降低至510~560反应5h，最后自然冷却到室温。

14、作为优选的，步骤（5）中，锂盐可选用氢氧化锂与碳酸锂。

15、作为优选的，步骤（2）中，搅拌转速为300~500r/min；步骤（3）中，搅拌转速为150~300r/min。

16、作为优选的，步骤（2）中，保护气体为氮气或惰性气体，流量为200~400l/h。

17、作为优选的，步骤（2）中，反应釜内ph维持在11.55~12.35，温度维持在60~85℃，步骤（3）中，反应釜内ph维持在11.0~11.5，温度维持在35~55℃。

18、1.本发明在制备三元前驱体时，分成2个阶段合成，第一阶段采用ncm金属溶液a（ncm总浓度1.5~3.5mol/l），低进液流量100~400ml/min，高ph值11.55-12.35，高固含量30~40%，高温（60~85℃），高转速300~500rpm。通过降低合成过饱和度，降低提高物理碰撞强度，合成密实度高的核层；第二阶段阶段采用ncm金属溶液b（ncm总浓度0.5~1.5mol/l），高进液流量100~600ml/min，低ph值11.0-11.5，低固含量10~20%，低温（35~55℃），低转速150~300rpm，通过增加过饱和度，降低碰撞强度，形成发散、疏松的壳层。

19、2.本发明在制备三元正极材料时，将三元前驱体与所述锂盐的混合物料置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热到350~400℃后反应5小时，然后以10℃/min的升温速率升至710~770℃反应10~14小时，然后以10℃/min的降温速率降低至510~560反应5h，最后自然冷却到室温。以5℃/min的升温速率加热到350~400℃后反应5小时，该过程三元前驱体脱水形成氧化物，随着氢氧化物变成氧化物，使得前驱体壳层具备疏松结构，10℃/min的升温速率升至710~770℃反应10~14小时，使得前驱体与锂源充分反应，使得壳层的疏松结构生长为开放的孔隙；然后以10℃/min的降温速率降低至510~560℃反应5h，最后自然冷却到室温。以10℃/min的降温速率降低至510~560℃反应5h，增加颗粒结构强度。

20、一种由上述制备方法制得的三元正极材料，三元正极材料为核壳结构，核层为致密结构，壳层具备发散状的开放孔隙，化学式为linixcoymnzo2；其中，0.6≤x＜1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.2。

21、作为优选的，三元正极材料中，d50为5~15μm，粒度径距0.5＜（d90-d10）/d50＜0.95，振实密度为1.7~2.6g/cm3，比表面积为0.2~1.5m2/g。

22、1.本发明所制备的三元正极材料为核壳结构，核层为致密结构，壳层具备发散状的开放孔隙，壳层开放孔隙有利于正极材料增大与电解液的接触面积，提供更多的离子传输通道，改善电性能。

23、2.本发明通过在调控合成三元前驱体的过程参数使得前驱体具备核壳发散结构，并在后续通过烧结反应使得正极材料具备较致密得核层结构，壳层具备发散状的开放孔隙。该特殊结构可以提供更多的离子传输通道和更有效的离子扩散路径，有利于改善正极材料在半固态电池中离子传输速率和循环性能。

技术特征：

1.一种三元正极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.如权利要求1所述的三元正极材料制备方法，其特征在于，步骤（1）中，ncm混合盐溶液a的总浓度为1.5~2.5mol/l， ncm混合盐溶液b的总浓度为0.5~1.5mol/l。

3.如权利要求1所述的三元正极材料制备方法，其特征在于，步骤（5）中，三元前驱体与锂盐的摩尔比为1.00~1.08。

4.如权利要求1所述的三元正极材料制备方法，其特征在于，步骤（5）中，将三元前驱体与锂盐的混合物料置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热到350~400℃后，反应5小时，然后以10℃/min的升温速率升至710~770℃反应10~14小时，然后以10℃/min的降温速率降低至510~560反应5h，最后自然冷却到室温。

5.如权利要求1所述的三元正极材料制备方法，其特征在于，步骤（5）中，锂盐可选用氢氧化锂或碳酸锂。

6.如权利要求1所述的三元正极材料制备方法，其特征在于，步骤（2）中，搅拌转速为300~500r/min；步骤（3）中，搅拌转速为150~300r/min。

7.如权利要求1所述的三元正极材料制备方法，其特征在于，步骤（2）中，保护气体为氮气或惰性气体，流量为200~400l/h。

8.如权利要求1所述的三元正极材料制备方法，其特征在于，步骤（2）中，反应釜内ph维持在11.55~12.35，温度维持在60~85℃，步骤（3）中，反应釜内ph维持在11.0~11.5，温度维持在35~55℃。

9.一种由上述权利要求1-8任一项所述制备方法制得的三元正极材料，其特征在于，三元正极材料为核壳结构，核层为致密结构，壳层具备发散状的开放孔隙，化学式为linixcoymnzo2；其中，0.6≤x＜1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.2。

10.如权利要求9所述的三元正极材料，其特征在于，三元正极材料中，d50为5~15μm，粒度径距0.5＜（d90-d10）/d50＜0.95，振实密度为1.7~2.6g/cm3，比表面积为0.2~1.5m2/g。

技术总结本发明公开一种三元正极材料及制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域，（1）配制a、b两种Ni、Co、Mn混合盐溶液；（2）将NCM混合盐溶液a、沉淀剂和络合剂分别持续加入反应釜中进行共沉淀反应，反应釜的溢流流向提浓机，当反应釜中物料的粒度D50生长到2~8μm，暂停反应；（3）将NCM混合盐溶液b、沉淀剂和络合剂分别持续加入反应釜中继续进行共沉淀反应，反应釜的溢流流向提浓机，当反应釜中物料的粒度D50生长到5~15μm，停止反应；（4）步骤（3）所得物料经压滤、洗涤、干燥后得到三元前驱体；（5）将步骤（4）所得三元前驱体与锂盐混合，进行加热反应，反应结束后冷却至室温，经过破碎和筛分，得到三元正极材料。技术研发人员：褚凤辉,李佰康,沈枭,朱用,顾春芳,李玉刚,杨博受保护的技术使用者：金川集团镍钴有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29