Li2CO3制备高镍正极材料的方法、正极材料和应用与流程

本申请涉及锂离子电池，特别是涉及一种li2co3制备高镍正极材料的方法、正极材料和应用。

背景技术：

1、三元正极材料一般用于锂离子二次电池正极材料，主要用于制造新能源汽车、电动工具等产品的锂离子电池。三元正极材料具有优异的电化学性能，包括振实密度较大、工作电压较高、放电平稳、比能量较高、循环性能较好等。进行三元正极材料的制备时，常用的锂源主要包括碳酸锂和氢氧化锂。

2、传统的使用碳酸锂作为锂源制备三元高镍正极材料时，容易出现碳酸锂的分解不完全的问题，进而使锂离子难以嵌入前驱体中，造成正极材料表面残存碳酸锂过多，导致正极材料的电化学性能较差。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种li2co3制备高镍正极材料的方法、正极材料和应用。该li2co3制备高镍正极材料的方法在制备过程中碳酸锂分解及嵌入前驱体的效果较好，能够制备电化学性能较好的高镍正极材料。

2、第一方面，本申请提供一种li2co3制备高镍正极材料的方法，包括：

3、将li2co3和镍钴锰前驱体混合得到混合原料；

4、对所述混合原料进行预烧结，所述预烧结的温度为450℃～600℃；

5、对所述混合原料预烧结后进行高温煅烧，所述高温煅烧的温度为700℃～1000℃；

6、之后进行一次低温煅烧，或多次温度逐次降低的低温煅烧，所述低温煅烧的温度为500℃～850℃，得到预成品；

7、对所述预成品进行再次煅烧，所述煅烧温度为500℃～800℃，得到高镍正极材料；

8、所述低温煅烧的温度低于所述高温煅烧的温度；

9、所述镍钴锰前驱体包括nixcoymnz(oh)2，其中x+y+z＝1，0.8≤x≤1，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2。

10、在一些实施例中，所述高温煅烧的时间为0.5h～5h；

11、和/或，所述低温煅烧的时间为2h～24h；

12、和/或，所述预烧结的时间为3h～5h；

13、和/或，所述再次煅烧的恒温时间为1h～12h。

14、在一些实施例中，将所述混合原料预烧结后以3℃/min～5℃/min的速率降温至200℃以下，再进行高温煅烧。

15、在一些实施例中，所述高温煅烧的升温速率为4℃/min～6℃/min；

16、和/或，所述高温煅烧后以2℃/min～4℃/min的速率降温至低温煅烧温度；

17、和/或，所述预成品由低温煅烧温度以2℃/min～4℃/min的速率降温至200℃以下，再进行再次煅烧；

18、和/或，所述再次煅烧的升温速率为5℃/min～10℃/min。

19、在一些实施例中，在再次煅烧之前，还包括将降温后的预成品破碎和用去离子水洗涤的步骤，可选地，洗涤的次数可以为一次、二次或三次，并在120℃下真空干燥，真空干燥的时间不少于3h，可以为3h、5h、10h、15h、24h等。

20、在一些实施例中，所述li2co3与所述镍钴锰前驱体的摩尔比n为0.8＜n＜1.5。

21、在一些实施例中，所述混合原料还包括助熔剂，所述助熔剂包括无机盐mx，其中m包括li+、na+、k+、rb+和cs+中的至少一种，x包括f-、cl-、br-、i-、no3-和so42-中的至少一种；

22、和/或，所述混合原料还包括掺杂源，所述掺杂源包括mg、zr、ti、al、nb、co、b、w、la、ce、y的氧化物和氢氧化物中的至少一种。

23、在一些实施例中，所述助熔剂与所述镍钴锰前驱体的摩尔比m为0≤m＜0.1。

24、第二方面，本申请提供一种正极材料，通过上述任一所述的制备方法制备得到。

25、第三方面，本申请提供一种正极极片，包括集流体和位于所述集流体至少一个表面之上的活性层，所述活性层包括上述任一所述的方法制备的正极材料或上述的正极材料。

26、第四方面，本申请提供一种锂离子电池，包括上述的正极极片。

27、上述li2co3制备高镍正极材料的方法仅适用碳酸锂作为锂源进行高镍正极材料的制备。该li2co3制备高镍正极材料的方法通过多段温度烧结方法，先于450℃～600℃下对混合原料进行预烧结，预烧结的过程可以使镍钴锰前驱体先分解，有利于锂源和镍钴锰前驱体的接触面积的增加，能够使后续烧结过程中的原料混合烧结的效果较好。再于700℃～1000℃下进行高温煅烧，促进碳酸锂熔化并分解成氧化锂，同时加速嵌锂反应。然后在500℃～850℃下进行低温煅烧，低温煅烧可以为一段也可以为多段，对锂镍混排进行修复，最后对预成品进行再次煅烧，修复水洗对材料表面造成的结构损害。通过该方法，能够在制备过程中使碳酸锂分解及嵌入前驱体的效果较好，进而能够得到电化学性能较好的高镍正极材料，同时也能节约高镍正极材料制备的成本。

技术特征：

1.一种li2co3制备高镍正极材料的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的li2co3制备高镍正极材料的方法，其特征在于，所述高温煅烧的恒温时间为0.5h～5h；

3.根据权利要求1所述的li2co3制备高镍正极材料的方法，其特征在于，将所述混合原料预烧结后以3℃/min～5℃/min的速率降温至200℃以下，再进行高温煅烧。

4.根据权利要求3所述的li2co3制备高镍正极材料的方法，其特征在于，所述高温煅烧的升温速率为4℃/min～6℃/min；

5.根据权利要求1所述的li2co3制备高镍正极材料的方法，其特征在于，所述li2co3与所述镍钴锰前驱体的摩尔比n为0.8＜n＜1.5。

6.根据权利要求1～5任一所述的li2co3制备高镍正极材料的方法，其特征在于，所述混合原料还包括助熔剂，所述助熔剂包括无机盐mx，其中m包括li+、na+、k+、rb+和cs+中的至少一种，x包括f-、cl-、br-、i-、no3-和so42-中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的li2co3制备高镍正极材料的方法，其特征在于，所述助熔剂与所述镍钴锰前驱体的摩尔比m为0≤m＜0.1。

8.根据权利要求1～5任一所述的li2co3制备高镍正极材料的方法，其特征在于，所述混合原料还包括掺杂源，所述掺杂源包括mg、zr、ti、al、nb、co、b、w、la、ce、y的氧化物和氢氧化物中的至少一种。

9.一种正极材料，其特征在于，通过权利要求1～8任一所述的方法制备得到。

10.一种正极极片，其特征在于，包括集流体和位于所述集流体至少一个表面之上的活性层，所述活性层包括权利要求1～8任一所述的方法制备的正极材料或权利要求8所述的正极材料。

技术总结
本申请涉及一种Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;制备高镍正极材料的方法、正极材料和应用。该Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;制备高镍正极材料的方法，包括：将Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;和镍钴锰前驱体混合得到混合原料；对混合原料进行预烧结，预烧结的温度为450℃～600℃；对混合原料预烧结后进行高温煅烧，高温煅烧的温度为700℃～1000℃；之后进行一次低温煅烧，或多次温度逐次降低的低温煅烧，低温煅烧的温度为500℃～850℃，得到预成品；对预成品进行再次煅烧，煅烧温度为500℃～800℃，得到高镍正极材料；低温煅烧的温度低于高温煅烧的温度；镍钴锰前驱体包括Ni<subgt;x</subgt;Co<subgt;y</subgt;Mn<subgt;z</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;，其中x+y+z＝1，0.8≤x≤1，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2。该Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;制备高镍正极材料的方法，能够以Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;为锂源制备得到电化学性能较好的高镍正极材料，锂镍混排较少，成本较低。

技术研发人员：钱冠男,郝雪蓉,吕菲,徐宁
受保护的技术使用者：天津巴莫科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12