CN110137487A - 一种w化合物包覆的锂离子二次电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料及其制备方法，它包括正极材料以及包覆在正极材料上的W化合物；所述正极材料由一次粒子或一次粒子聚集而成的二次粒子或一次粒子与二次粒子的混合粒子构。其制备方法包括：（1）烧结（2）表面处理（3）干燥过筛处理。二元前驱体A2为连续式共沉淀反应，元素混合均匀，反应充分，有利于形貌的控制，且实行连续生产，提高了生产效率，并且粒度更趋于一致。二元高镍材料通过掺杂适宜的元素稳定了结构，通过水洗控制碱含量，并在水洗的过程中实现一种W化合物的包覆，提高了电池的电化学性能的同时，提高了电池材料的安全性能和高温性能。

Description

一种W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料及其制备方法。
背景技术
高镍型锂离子二次电池由于具备优越的容量性能和功率性能，因此其将成为未来锂电发展的一个重要方向，可作为理想的动力电池材料。同时相对于Co资源而言，由于Ni资源丰富，容易实现低成本化。
传统的高镍材料（LiNiO2）虽然其容量高，但是循环性能差，影响了高镍系正极材料的广泛应用。将LiNiO2掺杂Co、Mn元素后的正极材料不仅具有较高的容量，而且稳定了材料的层状结构，同时也增强了材料的循环性能，但是这种材料存在着耐过充性能差、热稳定性能差，首次放电不可逆容量较高等缺点。
发明内容
本发明提出一种W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料及其制备方法，从而克服现有技术的不足。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料，其特征在于，它包括正极材料以及包覆在正极材料上的W化合物；所述正极材料由一次粒子或一次粒子聚集而成的二次粒子或一次粒子与二次粒子的混合粒子构，其化学通式为：LipNixCoyMnzO2，其中0.95≤p≤1.25，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，0＜z＜0.15，x+y+z=1；所述W化合物为氧化钨、黄钨酸、蓝钨酸、钨酸铵、钨酸钠、钨酸锂、钨酸锌、钨酸钡、钨酸铁中的一种。
对LipNixCoyMnzO2进行包覆W化合物进行改性，不仅可以稳定其层状结构，抑制充放电过程中的表面副反应，而且可以提供其电化学性能和高温性能。
上述W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料的制备方法，它包括如下步骤：
（1）烧结
将锂源物质、二元前驱体A2按照正极材料的分子式中的元素比例进行混合，控制烧结温度为400～1050℃，烧结时间为4～40h，烧结过程通入空气或者氧气，将烧结后的物料经破碎、分级、除铁处理，得到材料A，二元前驱体A2的化学式为NixCoyMnz(OH)2。
（2）表面处理
将材料A进行水洗处理以降低碱含量，物质A与水的比例范围为1:1～1:6，在水洗的过程中添加包覆剂，W化合物和材料A的摩尔比范围在0.0001：1～0.01:1。
（3）干燥过筛处理
表面处理后的物料经过干燥过筛处理后，得到W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料。
对上述技术方案作进一步的改进和细化，对步骤（3）中得到的W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料进行二次烧结或多次烧结，烧结条件步骤（1）条件相同。
对上述技术方案作进一步的改进和细化，在步骤（1）中所述锂源物质为自氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂中的一种或多种的混合物。
对上述技术方案作进一步的改进和细化，在步骤（1）中所述二元前驱体A2的D50范围为5～22μm，其制备方法包括如下工艺步骤：
（a）配制溶液
将镍盐、钴盐、锰盐溶液按摩尔比Ni：Co：Mn=x：y：z配制成混合盐溶液A1，其中0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，0＜z＜0.15，x+y+z=1，并调整盐溶液中金属离子浓度为0.5～3mol/L；
配制浓度为1.5～12mol/L的碱溶液。
配制浓度为0.5～5mol/L的络合剂溶液。
（b）配制初液
在反应容器中注入纯水，并用碱溶液调节溶液的pH值，并保持反应容器内的温度为40～80℃，同时通入惰性气体，并贯穿整个反应过程，得到初液。
（c）前驱体的反应
向反应容器内加入A1溶液，控制流速为3～20L/min，同时缓慢加入适量络合剂和碱溶液，保持反应容器内的温度为40～80℃，调节搅拌速度为200～950r/min，得到物料B。
（d）固液分离
物料B转至熟成槽进行固液分离，再用去离子水洗涤固液分离所得的固体，干燥即得所需的二元前驱体A2。
对上述技术方案作进一步的改进和细化，在步骤（a）中所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或一种以上的混合溶液。
对上述技术方案作进一步的改进和细化，在步骤（a）中所述络合剂为氨水、碳酸氢氨、硫酸铵、碳酸铵、柠檬酸和乙二胺四二酸二钠中的一种或一种以上混合溶液。
对上述技术方案作进一步的改进和细化，在步骤（a）中所述镍盐、钴盐、锰盐溶液均为硫酸盐、硝酸盐和氯化盐中的一种或一种以上混合溶液。
对上述技术方案作进一步的改进和细化，在步骤（b）中调节PH值为8.5～13.5。
对上述技术方案作进一步的改进和细化，在步骤（c）中调节PH值为8.5～13.5。
本发明产生的有益效果：
（1）二元前驱体 A2的制备为连续式共沉淀反应，元素混合均匀，反应充分，有利于形貌的控制，且实行连续生产，提高了生产效率，并且粒度更趋于一致。
（2）正极材料包覆W化合物改性，稳定其层状结构，抑制充放电过程中的表面副反应，而且可以提供其电化学性能和高温性能。
（3）通过水洗控制碱含量，同时在水洗的过程中同时实现W化合物的包覆，构思巧妙，有利实行连续生产，提高了生产效率，并且粒度更趋于一致。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
实施例1：
二元前驱体A2的制备：Ni：Co：Mn=0.82:0.12:0.06配制成0.5mol/L的混合溶液A1，配制1.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.5mol/L硫酸铵溶液；在反应容器中注入纯水，并用1.5mol/L氢氧化钠溶液调节初液的pH值为9.5，调节反应容器内的温度为40℃，转速为200r/min，通入氮气；调节A1溶液的流速为20L/min，同时缓慢滴加氢氧化钠和硫酸铵，当粒度达到要求时，进行固液分离，干燥，得到所需的前驱体A2。
W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料的制备：将氢氧化锂、A2按照分子式LipNixCoyMnzO2中的比例进行混合，其中p=1.06，x=0.82，y=0.12，z=0.06，控制烧结温度为850℃，烧结时间为40h，烧结过程通入空气，将烧结后的物料经破碎、分级、除铁等工艺处理，得到材料A；按照A：水=1:1的比例进行水洗，按照摩尔比A：W=1：0.0001进行包覆，干燥、过筛得到所需的成品，采用的W的化合物为钨酸锂。
实施例2：
二元前驱体A2的制备：Ni：Co：Mn=0.82:0.12:0.06配制成0.5mol/L的混合溶液A1，配制1.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.5mol/L硫酸铵溶液；在反应容器中注入纯水，并用1.5mol/L氢氧化钠溶液调节初液的pH值为10.5，调节反应容器内的温度为40℃，转速为200r/min，通入氮气；调节A1溶液的流速为10L/min，同时缓慢滴加氢氧化钠和硫酸铵，当粒度达到要求时，进行固液分离，干燥，得到所需的前驱体A2。
W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料的制备：将氢氧化锂、A2按照分子式LipNixCoyMnzO2中的比例进行混合，其中p=1.09，x=0.82，y=0.12，z=0.06，控制烧结温度为850℃，烧结时间为40h，烧结过程通入空气，将烧结后的物料经破碎、分级、除铁等工艺处理，得到材料A；按照A：水=1:3的比例进行水洗，按照摩尔比A：W=1：0.001进行包覆，干燥、过筛得到所需的成品1，采用的W的化合物为钨酸锂；将成品1进行二次烧结，烧结温度600℃，烧结时间8h，过程通氧气，烧结后的物料分散、除铁、过筛，得到所需的成品2。
实施例3：
二元前驱体A2的制备Ni：Co：Mn=0.82:0.12:0.06配制成0.5mol/L的混合溶液A1，配制1.5mol/L的氢氧化钠溶液和0.5mol/L硫酸铵溶液；在反应容器中注入纯水，并用1.5mol/L氢氧化钠溶液调节初液的pH值为10.5，调节反应容器内的温度为40℃，转速为200r/min，通入氮气；调节A1溶液的流速为10L/min，同时缓慢滴加氢氧化钠和硫酸铵，当粒度达到要求时，进行固液分离，干燥，得到所需的前驱体A2。
W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料的制备：将氢氧化锂、A2按照分子式LipNixCoyMnzO2中的比例进行混合，其中p=1.09，x=0.82，y=0.12，z=0.06，控制烧结温度为750℃，烧结时间为40h，烧结过程通入空气，将烧结后的物料经破碎、分级、除铁等工艺处理，得到材料A；按照A：水=1:6的比例进行水洗，按照摩尔比A：W=1：0.01进行包覆，干燥、过筛得到所需的成品1，采用的W的化合物为钨酸锂；将成品1进行二次烧结，烧结温度400℃，烧结时间8h，过程通氧气，烧结后的物料分散、除铁、过筛，得到所需的成品2。
由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料，其特征在于，它包括正极材料以及包覆在正极材料上的W化合物；所述正极材料由一次粒子或一次粒子聚集而成的二次粒子或一次粒子与二次粒子的混合粒子构，其化学通式为：LipNixCoyMnzO2，其中0.95≤p≤1.25，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，0＜z＜0.15，x+y+z=1；所述W化合物为氧化钨、黄钨酸、蓝钨酸、钨酸铵、钨酸钠、钨酸锂、钨酸锌、钨酸钡、钨酸铁中的一种。
2.权利要求1所述的W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
（1）烧结
将锂源物质、二元前驱体A2按照正极材料的分子式中的元素比例进行混合，控制烧结温度为400～1050℃，烧结时间为4～40h，烧结过程通入空气或者氧气，将烧结后的物料经破碎、分级、除铁处理，得到材料A，二元前驱体A2的化学式为NixCoyMnz(OH)2；
（2）表面处理
将材料A进行水洗处理以降低碱含量，物质A与水的比例范围为1:1～1:6，在水洗的过程中添加包覆剂，W化合物和材料A的摩尔比范围在0.0001：1～0.01：1；
（3）干燥过筛处理
表面处理后的物料经过干燥过筛处理后，得到W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料。
3.根据权利要求2所述的一种权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对步骤（3）中得到的W化合物包覆的锂离子二次电池正极材料进行二次烧结或多次烧结，烧结条件步骤（1）条件相同。
4.根据权利要求2所述的一种权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中所述锂源物质为自氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中所述二元前驱体A2的D50范围为5～22μm，其制备方法包括如下工艺步骤：
（a）配制溶液
将镍盐、钴盐、锰盐溶液按摩尔比Ni：Co：Mn=x：y：z配制成混合盐溶液A1，其中0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，0＜z＜0.15，x+y+z=1，并调整盐溶液中金属离子浓度为0.5～3mol/L；
配制浓度为1.5～12mol/L的碱溶液；
配制浓度为0.5～5mol/L的络合剂溶液；
（b）配制初液
在反应容器中注入纯水，并用碱溶液调节溶液的pH值，并保持反应容器内的温度为40～80℃，同时通入惰性气体，并贯穿整个反应过程，得到初液；
（c）前驱体的反应
向反应容器内加入A1溶液，控制流速为3～20L/min，同时缓慢加入适量络合剂和碱溶液，保持反应容器内的温度为40～80℃，调节搅拌速度为200～950r/min，得到物料B；
（d）固液分离
物料B转至熟成槽进行固液分离，再用去离子水洗涤固液分离所得的固体，干燥即得所需的二元前驱体A2。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤（a）中所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或一种以上的混合溶液。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤（a）中所述络合剂为氨水、碳酸氢氨、硫酸铵、碳酸铵、柠檬酸和乙二胺四二酸二钠中的一种或一种以上混合溶液。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤（a）中所述镍盐、钴盐、锰盐溶液均为硫酸盐、硝酸盐和氯化盐中的一种或一种以上混合溶液。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤（b）中调节PH值为8.5～13.5。
10.根据权利要求5所述的高镍型锂离子二次电池正极材料的制备方法，其特征在于：在步骤（c）中调节PH值为8.5～13.5。
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