CN112758995A - 一种三元正极前驱体及其制备方法和用途 - Google Patents
一种三元正极前驱体及其制备方法和用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112758995A CN112758995A CN202110012616.0A CN202110012616A CN112758995A CN 112758995 A CN112758995 A CN 112758995A CN 202110012616 A CN202110012616 A CN 202110012616A CN 112758995 A CN112758995 A CN 112758995A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- positive electrode
- ternary
- ternary positive
- solution
- electrode precursor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/006—Compounds containing, besides nickel, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/40—Nickelates
- C01G53/70—Nickelates containing rare earth, e.g. LaNiO3
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
本发明提供了一种三元正极前驱体及其制备方法和用途。所述三元正极前驱体的化学式为NixCoyMn1‑x‑yCO3·aMg(BO2)2·bCe2(CO3)3,其中0<x<1,0<y<1,0.001≤a≤0.1,0.0005≤b≤0.05。制备方法包括以下步骤:将主金属盐溶液、偏硼酸盐溶液和沉淀剂溶液加入反应釜中进行反应,陈化,干燥,得到所述三元正极前驱体;其中,所述主金属盐为镍盐、钴盐、锰盐、镁盐和铈盐。本发明通过选择硼、镁、铈和沉淀剂的原料,实现了硼、镁、铈和镍钴锰在前驱体阶段共沉淀,得到硼、镁、铈共掺杂的结构稳定的三元正极前驱体。由所述前驱体最终制得的电池其循环性能良好。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,涉及一种三元正极前驱体及其制备方法和用途。
背景技术
随着由于Mg2+和Li+半径接近,三元正极材料进行掺镁替代部分Li离子,可以抑制镍锂混排稳定层状结构,铈掺杂对整体结构稳定性有提升,提升电池的循环性能,三元正极材料掺硼,B-O键能较强,提升材料结构稳定性,目前针对硼镁的共掺杂没有在前驱体阶段实现,无法实现和主金属元素的均匀混合。
CN108288694A公开了一种Mg2+掺杂AlF3包覆三元正极材料的制备方法,将NCM523前驱体配锂烧结的三元材料再与碱式碳酸镁烧结,得到掺Mg2+掺杂的三元正极材料,然后将其加入到Al(NO3)3溶液中进行分散,并缓慢滴加NH4F溶液在材料表面形成包覆层,过滤、洗涤、干燥后烧结,得Mg2+掺杂AlF3包覆的三元正极材料。虽然该方法先后通过掺杂和包覆对三元正极材料进行改性,使材料的倍率性能和循环性能显著提高,但该材料的制备过程较为复杂,不利于工业化生产。
CN108550822A公开了一种镧、镁共掺杂高镍三元锂电池正极材料,将镍源、钴源、锰源和镧源、镁源均匀混合后加入沉淀剂和螯合剂,制备NCM前驱体浆料,通过预烧、烧结合成镧掺杂的高镍三元正极材料Li1.05-xMgxNi1-2y-zCoyMnyLazO2,本发明虽然克服了传统高镍三元正极材料循环稳定性较差的缺点,但由于该材料的合成都发生在前驱体共沉淀步骤,这对前驱体的生长过程影响较大,并且该合成过程的条件控制关系复杂。
CN106920934A公开了一种基于高镍材料的钴镁共掺杂改性三元前驱体及正极材料的制备方法,将镍钴镁混合溶液、氨水、和氢氧化钠溶液混合在加热反应釜中发生共沉淀反应得到一种基于高镍材料的钴镁共掺杂改性三元前驱体前驱体,由于该方法所制备材料以镍酸锂为主导材料难免会有镍的含量常常高于锂含量(Li1-xNi1+xO2),所以二价镍总是会出现在锂层中,导致材料的锂离子扩散系数降低。
如何使硼镁铈实现和正极材料前驱体的主金属元素镍钴锰元素均匀混合的目的,提高正极材料的结构稳定性,是目前亟待解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三元正极前驱体及其制备方法和用途。本发明通过选择硼、镁、铈和沉淀剂的原料,实现了硼、镁、铈和镍钴锰在前驱体阶段共沉淀,得到硼、镁、铈共掺杂的三元正极前驱体。所述三元正极前驱体结构稳定,由本发明制备的三元正极前驱体经过配锂煅烧得到的三元正极材料具有较好的循环性能。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种三元正极前驱体,所述三元正极前驱体的化学式为NixCoyMn1-x-yCO3·aMg(BO2)2·bCe2(CO3)3,其中0<x<1,0<y<1,0.001≤a≤0.1,0.0005≤b≤0.05。
例如,x可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等。
例如,y可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等。
例如,a可以为0.001、0.005、0.01、0.05或0.1等。
例如,b可以为0.0005、0.001、0.005、0.01、0.02或0.05等。
本发明提供的三元正极前驱体材料,结构稳定,由其制备得到的三元正极材料可以大大提升自身结构的稳定性,在前驱体阶段进行掺杂,有利于和镍钴锰三种元素均匀混合,进而提升了电池的循环性能。
三元正极前驱体经过配锂煅烧得到对应的正极材料中,由于Mg2+和Li+半径接近,因此镁离子替代可以部分Li离子,抑制了镍锂混排,得到了稳定的层状结构;铈的掺杂可以提升整体结构的稳定性,进而提升电池的循环性能;硼元素掺杂后,体系中的B-O键能较强,可以提升材料的结构稳定性。三种元素共掺杂可以起到协同作用,Mg和Ce稳定结构,B-O提升键能,使得结构更加牢固,Mg(BO2)2可以提升材料的耐腐蚀以及耐高温性能,可减少循环过程中特别是高温循环中与电解液的副反应,提升电池的循环性能,三种元素共掺杂可显著提升材料的循环性能。
本发明中,a过大会导致导致放电克容量降低,对倍率性能以及循环性能均有不同程度影响。
本发明中,b过大会导致导致放电克容量降低,对倍率性能以及循环性能均有不同程度影响。
优选地,三元正极前驱体颗粒的平均粒径为3~16μm,例如3μm、5μm、8μm、10μm、12μm、13μm、15μm或16μm等。
优选地,三元正极前驱体的颗粒的比表面积12~80m2/g,例如12m2/g、15m2/g、16m2/g、17m2/g、18m2/g、19m2/g、20m2/g、21m2/g、22m2/g、23m2/g、24m2/g、25m2/g、26m2/g、30m2/g、40m2/g、50m2/g、60m2/g、70m2/g或80m2/g等,优选为12~35m2/g。
优选地,三元正极前驱体颗粒的振实密度0.6~2.3g/cm3,例如0.6g/cm3、0.7g/cm3、1g/cm3、1.2g/cm3、1.5g/cm3、1.8g/cm3、2g/cm3或2.3g/cm3等。
第二方面,本发明提供一种如第一方面所述的三元正极前驱体的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
将主金属盐溶液、偏硼酸盐溶液和沉淀剂溶液加入反应釜中进行反应,陈化,干燥,得到三元正极前驱体;
其中,主金属盐为镍盐、钴盐、锰盐、镁盐和铈盐。
通过在镍钴锰盐溶液中添加镁、铈的盐溶液,并配制偏硼酸盐溶液,然后将这两种溶液按比例加入沉淀剂溶液得到镍钴锰-偏硼酸镁-碳酸铈的沉淀物即本发明的硼镁铈多元素掺杂的三元前驱体。
采用共沉淀法可以有效地将硼、镁和铈三种元素均匀地和镍钴锰三种元素混合,得到结构稳定的三元正极前驱体,由其配锂煅烧得到的三元正极材料具有较好的循环性能。
优选地,主金属盐溶液以所述三元正极前驱体的化学式进行配比。
优选地,镍盐包括硫酸镍、硝酸镍或醋酸镍中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,钴盐包括硫酸钴、硝酸钴或醋酸钴中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,锰盐包括硫酸锰、硝酸锰或醋酸锰中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,镁盐包括硫酸镁、硝酸镁或醋酸镁中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,铈盐包括硫酸铈、硝酸铈或醋酸铈中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,偏硼酸盐包括偏硼酸钠和/或偏硼酸钾。
优选地,沉淀剂包括碳酸铵和/或碳酸氢铵。
优选地,主金属盐溶液的摩尔浓度为0.5~2mol/L,例如0.5mol/L、0.8mol/L、1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L或2mol/L等。
优选地,偏硼酸盐溶液的摩尔浓度为0.01~0.03mol/L,例如0.01mol/L、0.015mol/L、0.02mol/L、0.025mol/L或0.03mol/L等。
优选地,沉淀剂溶液的摩尔浓度为2~10mol/L,例如2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L、8mol/L、9mol/L或10mol/L等。
优选地,反应在保护性气氛中进行。
优选地,保护性气氛包括氮气、氦气或氩气中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,反应釜中的温度为25~85℃,例如25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃等。
优选地,陈化后,进行过滤和洗涤操作。
作为优选的技术方案,所述三元正极前驱体的制备方法包括如下步骤:
(1)将镍盐、钴盐、锰盐、镁盐、铈盐以所述三元正极前驱体的化学式进行配比加入去离子水中,配制得到摩尔浓度为0.5~2.0mol/L的主金属盐溶液;将偏硼酸盐加入去离子水中配制得到摩尔浓度为0.01~0.03mol/L的偏硼酸盐溶液,同时配制摩尔浓度为2~10mol/L的沉淀剂溶液;
(2)将步骤(1)主金属盐溶液、偏硼酸盐溶液和沉淀剂溶液加入反应釜中,通入氮气,进行反应,陈化,过滤,洗涤,干燥,得到所述三元正极前驱体。
第二方面,本发明提供一种三元正极材料,所述三元正极材料的原料包含如第一方面所述的三元正极前驱体。
优选地,三元正极材料由第一方面所述的三元正极前驱体经过配锂煅烧得到。
优选地,配锂的原料包括碳酸锂和/或氢氧化锂。
优选地,煅烧的温度为700~950℃,例如700℃、750℃、800℃、850℃或900℃等。
第三方面,本发明还提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包括如第二方面所述的三元正极材料。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提供的三元正极前驱体,通过配锂煅烧得到对应的正极材料,通过镁掺杂可以替代部分Li+,从而抑制镍锂混排,稳定层状结构;硼掺杂和铈掺杂均可以提升整体结构的稳定性,Mg(BO2)2可以提升材料的耐腐蚀以及耐高温性能,可减少循环过程中特别是高温循环中与电解液的副反应,提升电池的高温循环性能。
(2)本发明通过采用共沉淀法可以有效地将硼、镁和铈三种元素均匀地和镍钴锰三种元素混合,得到结构稳定的三元正极前驱体,由其配锂煅烧得到的三元正极材料具有较好的循环性能。本发明提供的扣式电池在1C/1C 45℃的高温条件下循环100周,容量保持率超过91.9%。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种三元正极前驱体,所述前驱体的化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3·0.002Mg(BO2)2·0.0005Ce2(CO3)3,其平均粒径为9μm。
所述三元正极前驱体的制备方法如下:
(1)将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、硫酸镁和硫酸铈按化学式Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3·0.002Mg(BO2)2·0.0005Ce2(CO3)3的比例加入去离子水中配制成2mol/L的主金属盐溶液,偏硼酸钠加入去离子水配制成0.01mol/L的溶液,碳酸铵加入去离子水配制成8mol/L的沉淀剂溶液;
(2)将步骤(1)主金属盐溶液、偏硼酸钠溶液和碳酸铵溶液通过计量泵按100:40:25.5比例加入反应釜,在氮气气氛下以60.5℃下进行共沉淀化学反应,每0.5h测试粒度大小,当浆料中粒径达到9μm后,停止进料,在反应釜内继续搅拌陈化8h;将陈化后的物料进行过滤、洗涤和干燥,得到所述三元正极前驱体。
将所述三元正极前驱体和碳酸锂进行混合、空气气氛下在950℃煅烧12h,经破碎、过筛得到上述化学式表示的三元正极材料。
实施例2
本实施例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.6Co0.2Mn0.2CO3·0.004Mg(BO2)2·0.001Ce2(CO3)3,其平均粒径为10μm。
三元正极前驱体的制备方法如下:
(1)将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、硫酸镁和硫酸铈按化学式Ni0.6Co0.2Mn0.2CO3·0.004Mg(BO2)2·0.001Ce2(CO3)3的比例加入去离子水中配制成1.8mol/L的主金属离子溶液,偏硼酸钠加入去离子水中配制0.015mol/L的溶液,碳酸氢铵加入去离子水中配制成6mol/L的沉淀剂溶液;
(2)将步骤(1)主金属离子溶液、偏硼酸钠溶液、碳酸氢铵溶液通过计量泵按100:57.6:31比例加入反应釜,在氦气气氛下以58.5℃下进行共沉淀化学反应,每0.5小时测试粒度大小,当浆料中粒径达到10μm后,停止进料,反应釜继续搅拌陈化8h;将陈化后的物质进行过滤、洗涤和干燥,得到所述三元正极前驱体。
将三元正极前驱体和碳酸锂进行混合、空气气氛下在900℃煅烧12h,经破碎、过筛得到上述化学式表示的三元正极材料。
实施例3
本实施例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.7Co0.15Mn0.15CO3·0.008Mg(BO2)2·0.002Ce2(CO3)3,其平均粒径为11μm。
三元正极前驱体的制备方法如下:
(1)将硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰、硝酸镁和硝酸铈按化学式Ni0.7Co0.15Mn0.15CO3·0.008Mg(BO2)2·0.002Ce2(CO3)3的比例加入去离子水中配制成1.2mol/L的主金属离子溶液,偏硼酸钾加入去离子水中配制0.02mol/L的溶液,碳酸氢铵加入去离子水中配制成4mol/L的沉淀剂溶液;
(2)将步骤(1)所述主金属离子溶液、偏硼酸钾溶液、碳酸氢铵溶液通过计量泵按100:67.2:31比例加入反应釜,在氮气气氛下以56.5℃下进行共沉淀化学反应,每0.5小时测试粒度大小,当浆料中粒径达到11μm后,停止进料,反应釜继续搅拌陈化6h;将陈化后的物质进行过滤、洗涤和干燥,得到所述三元正极前驱体。
将所述三元正极前驱体和氢氧化锂经过均匀混合、纯氧气氛下在800℃条件下煅烧12h,经过破碎、过筛得到上述化学式表示的三元正极材料。
实施例4
本实施例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.85Co0.1Mn0.05CO3·0.016Mg(BO2)2·0.004Ce2(CO3)3,其平均粒径为13μm。
三元正极前驱体的制备方法如下:
(1)将醋酸镍、醋酸钴、醋酸锰、醋酸镁和醋酸铈按化学式Ni0.85Co0.1Mn0.05CO3·0.016Mg(BO2)2·0.004Ce2(CO3)3的比例加入去离子水中配制成1.0mol/L的主金属离子溶液,偏硼酸钠加入去离子水中配制0.03mol/L的溶液,碳酸铵加入去离子水中配制成5mol/L的沉淀剂溶液;
(2)将步骤(1)所述主金属离子溶液、偏硼酸钠溶液、碳酸铵溶液通过计量泵按100:90.7:31比例加入反应釜,在氮气气氛下以55℃下进行共沉淀化学反应,每0.5小时测试粒度大小,当浆料中粒径达到13μm后,停止进料,反应釜继续搅拌陈化5h;将陈化后的物质进行过滤、洗涤和干燥,得到所述三元正极前驱体。
将所述三元正极前驱体和氢氧化锂经过均匀混合、纯氧气氛下在750℃条件下煅烧12h,经过破碎、过筛得到上述化学式表示的三元正极材料。
对比例1
本对比例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3,其平均粒径为10μm。
三元正极前驱体的制备方法如下:
(1)将硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰按照化学式Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3的比例加入去离子水中得到镍钴锰的硫酸盐溶液,其配制成金属离子浓度为2mol/L的盐溶液,配制8mol/L的碳酸铵沉淀剂溶液;
(2)将步骤(1)所述镍钴锰的硫酸盐溶液和碳酸铵溶液通过计量泵按100:25.5比例加入反应釜,在氮气气氛下以60.5℃下进行共沉淀化学反应,每0.5小时测试粒度大小,当浆料中粒径达到10μm后,停止进料,继续搅拌陈化12h,将陈化后的物质进行过滤、洗涤和干燥,得到所述三元正极前驱体。
将所述三元正极前驱体和碳酸锂进行混合、空气气氛下在950℃煅烧12h,经破碎、过筛得到上述化学式表示的三元正极材料。
对比例2
本对比例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3·0.002Mg(BO2)2,其平均粒径为9μm。
本对比例中的制备方法与实施例1的区别为主金属盐溶液中仅有硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和硫酸镁,不掺入硫酸铈。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
对比例3
本对比例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3·0.0005Ce2(CO3)3,其平均粒径为9μm。
本对比例中的制备方法与实施例1的区别为主金属盐溶液中仅有硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和硫酸铈,不掺入硫酸镁以及偏硼酸钠溶液。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
对比例4
本对比例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3·0.002MgCO3·0.0005Ce2(CO3)3,其平均粒径为9μm。
本对比例中的制备方法与实施例1的区别为不掺入偏硼酸钠溶液。
其余制备方法与参数与实施例1保持一致。
对比例5
本对比例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3·0.18Mg(BO2)2·0.0005Ce2(CO3)3,其平均粒径为9μm。
所述制备方法与实施例1保持一致。
对比例6
本对比例提供一种三元正极前驱体,前驱体的化学式为Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3·0.002Mg(BO2)2·0.08Ce2(CO3)3,其平均粒径为9μm。
所述制备方法与实施例1保持一致。
实施例1-实施例4与对比例1-对比例6得到的三元正极前驱体颗粒的比表面积和振实密度如表1所示。
表1
将实施例1-实施例4与对比例1-对比例6制备得到的三元正极材料制备成相同的扣式锂离子电池,进行45℃高温循环性能测试。其结果如表2所示:
表2
从实施例1与对比例1的数据结果可知,三元正极前驱体在合成阶段进行镁、铈、硼共掺杂后,相比未进行掺杂的三元前驱体,对应扣式电池循环后容量保持率有较大幅度提升。
从实施例1与对比例2-对比例4的数据结果可知,当硼、镁和铈、镁两种元素共掺杂以及铈单独掺杂到三元正极前驱体中时,对应扣式电池循环后容量保持率相比三种元素同时掺杂较差。
从实施例1与对比例5和对比例6的数据结果可知,镁、铈和硼的掺杂量过多时,会导致放电克容量降低较多,45℃高温循环后容量保持率变差。
综合表1和表2的数据结果,在粒径以及比表面积和振实密度相差不大的情况下,经过硼、镁和铈三种元素的共同掺杂,本发明所提供的三元正极前驱体使得正极材料中的结构更加稳定,减少了离子混排,大大提升了电池的循环性能,其在45℃高温循环下,仍然可以保持较好的循环保持率,其循环保持率在91.9%以上。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种三元正极前驱体,其特征在于,所述三元正极前驱体的化学式为NixCoyMn1-x- yCO3·aMg(BO2)2·bCe2(CO3)3,其中0<x<1,0<y<1,0.001≤a≤0.1,0.0005≤b≤0.05。
2.根据权利要求1所述的三元正极前驱体,其特征在于,所述三元正极前驱体颗粒的平均粒径为3~16μm。
3.根据权利要求1或2所述的三元正极前驱体,其特征在于,所述三元正极前驱体颗粒的比表面积12~80m2/g,优选为12~35m2/g。
4.根据权利要求1-3任一项所述的三元正极前驱体,其特征在于,所述三元正极前驱体颗粒的振实密度0.6~2.3g/cm3。
5.根据权利要求1-4任一项所述的三元正极前驱体的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
将主金属盐溶液、偏硼酸盐溶液和沉淀剂溶液加入反应釜中进行反应,陈化,干燥,得到所述三元正极前驱体;
其中,所述主金属盐为镍盐、钴盐、锰盐、镁盐和铈盐。
6.根据权利要求5所述的三元正极前驱体的制备方法,其特征在于,所述主金属盐溶液以所述三元正极前驱体的化学式进行配比;
优选地,所述镍盐包括硫酸镍、硝酸镍或醋酸镍中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述钴盐包括硫酸钴、硝酸钴或醋酸钴中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述锰盐包括硫酸锰、硝酸锰或醋酸锰中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述镁盐包括硫酸镁、硝酸镁或醋酸镁中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述铈盐包括硫酸铈、硝酸铈或醋酸铈中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述偏硼酸盐包括偏硼酸钠和/或偏硼酸钾;
优选地,所述沉淀剂包括碳酸铵和/或碳酸氢铵。
7.根据权利要求5或6任一项所述的三元正极前驱体的制备方法,其特征在于,所述主金属盐溶液的摩尔浓度为0.5~2mol/L;
优选地,所述偏硼酸盐溶液的摩尔浓度为0.01~0.03mol/L;
优选地,所述沉淀剂溶液的摩尔浓度为2~10mol/L;
优选地,所述反应在保护性气氛中进行;
优选地,所述保护性气氛包括氮气、氦气或氩气中的任意一种或至少两种的组合;
优选地,所述反应釜中的温度为25~85℃;
优选地,所述陈化后,进行过滤和洗涤操作,然后再干燥。
8.根据权利要求5-7任一项所述的三元正极前驱体的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将镍盐、钴盐、锰盐、镁盐、铈盐以所述三元正极前驱体的化学式进行配比加入去离子水中,配制得到摩尔浓度为0.5~2.0mol/L的主金属盐溶液;将偏硼酸盐加入去离子水中配制得到摩尔浓度为0.01~0.03mol/L的偏硼酸盐溶液,同时配制摩尔浓度为2~10mol/L的沉淀剂溶液;
(2)将步骤(1)所述主金属盐溶液、偏硼酸盐溶液和沉淀剂溶液加入反应釜中,通入氮气,进行反应,陈化,过滤,洗涤,干燥,得到所述三元正极前驱体。
9.一种三元正极材料,其特征在于,所述三元正极材料的原料包含如权利要求1-4任一项所述的三元正极前驱体;
优选地,所述三元正极材料由权利要求1-4任一项所述的三元正极前驱体经过配锂煅烧得到;
优选地,所述配锂的原料包括碳酸锂和/或氢氧化锂;
优选地,所述煅烧的温度为700~950℃。
10.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括如权利要求9所述的三元正极材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110012616.0A CN112758995A (zh) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 一种三元正极前驱体及其制备方法和用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110012616.0A CN112758995A (zh) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 一种三元正极前驱体及其制备方法和用途 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112758995A true CN112758995A (zh) | 2021-05-07 |
Family
ID=75699930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110012616.0A Pending CN112758995A (zh) | 2021-01-06 | 2021-01-06 | 一种三元正极前驱体及其制备方法和用途 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112758995A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113793923A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-12-14 | 恒大新能源技术(深圳)有限公司 | 共掺杂三元正极前驱体及其制备方法、三元正极材料、二次电池 |
CN115286052A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-04 | 荆门市格林美新材料有限公司 | 一种铈掺杂与镁包覆的镍钴锰前驱体及其制备方法和应用 |
CN116143195A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-05-23 | 荆门市格林美新材料有限公司 | 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用 |
CN116143195B (zh) * | 2023-02-27 | 2024-04-26 | 荆门市格林美新材料有限公司 | 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103855384A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-11 | 海宁美达瑞新材料科技有限公司 | 一种稀土掺杂改性的锂离子电池三元正极材料及其制备方法 |
CN109987647A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-07-09 | 北京泰丰先行新能源科技有限公司 | 一种掺杂型高镍三元前驱体及其制备方法 |
CN110540254A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-12-06 | 中南大学 | 一种硼镁共掺杂梯度镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法 |
WO2020180125A1 (ko) * | 2019-03-07 | 2020-09-10 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지 |
-
2021
- 2021-01-06 CN CN202110012616.0A patent/CN112758995A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103855384A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-11 | 海宁美达瑞新材料科技有限公司 | 一种稀土掺杂改性的锂离子电池三元正极材料及其制备方法 |
CN109987647A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-07-09 | 北京泰丰先行新能源科技有限公司 | 一种掺杂型高镍三元前驱体及其制备方法 |
WO2020180125A1 (ko) * | 2019-03-07 | 2020-09-10 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지 |
CN110540254A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-12-06 | 中南大学 | 一种硼镁共掺杂梯度镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113793923A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-12-14 | 恒大新能源技术(深圳)有限公司 | 共掺杂三元正极前驱体及其制备方法、三元正极材料、二次电池 |
CN115286052A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-04 | 荆门市格林美新材料有限公司 | 一种铈掺杂与镁包覆的镍钴锰前驱体及其制备方法和应用 |
CN116143195A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-05-23 | 荆门市格林美新材料有限公司 | 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用 |
CN116143195B (zh) * | 2023-02-27 | 2024-04-26 | 荆门市格林美新材料有限公司 | 一种钠离子电池正极材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10329162B2 (en) | Methods for preparing nickel-cobalt-aluminum precursor material and cathode material with gradient distribution of aluminum element | |
CN109455772B (zh) | 一种改性的锂离子电池用前驱体、正极材料及该前驱体和正极材料的制备方法 | |
CN103066275B (zh) | 一种球形高电压镍锰酸锂正极材料的制备方法 | |
CN111816877A (zh) | 一种高镍无钴四元正极材料及其制备方法 | |
CN106505193A (zh) | 单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和锂离子电池 | |
CN109461891B (zh) | 一种高电压钴酸锂正极材料及其制备方法 | |
CN107311242B (zh) | 一种锂离子电池用大单晶层状正极材料改进的制备方法 | |
CN103682323B (zh) | 锂镍锰氧正极材料及其前驱体及制备方法 | |
CN109037605B (zh) | 一种高循环镍钴锰三元材料及其制备方法 | |
CN108946827B (zh) | 一种超小粒径镍钴锰氢氧化物及其制备方法 | |
CN102315429A (zh) | 锂离子电池正极材料固相法掺杂铝的制备方法 | |
CN103715418A (zh) | 一种球形四氧化三钴的制备方法 | |
CN115000399B (zh) | 一种类球状钠离子电池正极材料及其制备方法和钠离子电池 | |
CN107482213A (zh) | 一种镍铝共掺杂四氧化三锰及其制备方法 | |
CN112723427A (zh) | 一种三元正极前驱体及其制备方法和用途 | |
CN108862406B (zh) | 一种碳酸盐前驱体及其制备方法和应用 | |
CN113603153B (zh) | 一种钨掺杂高镍无钴前驱体及其制备方法 | |
CN113651374B (zh) | 锆铁掺杂的镍钴锰三元前驱体的制备方法 | |
CN110808363A (zh) | 一种硅酸锂包覆的富锂锰基正极材料及其制备方法与应用 | |
CN111153447B (zh) | 一种网格状多孔前驱体材料及其制备方法、以及一种正极材料 | |
CN112758995A (zh) | 一种三元正极前驱体及其制备方法和用途 | |
CN112608488A (zh) | 一种无钴锂电池用MOFs基前驱体、正极材料及其制备方法 | |
CN114620777B (zh) | 一种超高镍三元前驱体及其制备方法 | |
CN103187564A (zh) | 电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备方法 | |
CN116534918A (zh) | 一种层状正极材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20230721 |
|
AD01 | Patent right deemed abandoned |