【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及新能源，尤其涉及一種高容量高倍率多晶三元正極材料及其制備方法、電池。
技術(shù)介紹
1、隨著電動工具、電動汽車（evs）和智能電網(wǎng)等新興事物的涌現(xiàn)和發(fā)展，高能量密度、高功率密度和長循環(huán)壽命的鋰離子電池的發(fā)展需求變得越來越迫切，為了解決里程焦慮，高鎳化和高電壓化為通常的提升能量密度的手段，而高鎳化往往會導致正極材料結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，提高了自燃的現(xiàn)象發(fā)生概率，鎳含量的提高，對水分也會敏感，往往反向要求生產(chǎn)環(huán)境要對水分的控制要求更高。
2、目前，常規(guī)類型的6系三元材料主要為ncm613和ncm622，兩種6系三元材料的ni比例占金屬比例的60%，0.5c比容量可達170mah/g，但仍較難以滿足目前鋰離子電池對容量的要求。同時，因為高鎳材料反應的特性，往往需求生產(chǎn)中采用較低溫度+氧氣氣氛進行高溫固相反應，大大增加了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)難度。
3、此外，常規(guī)的三元材料高溫固相反應合成方法為簡單的雙平臺升溫至最終高溫反應溫度，持續(xù)保溫十余小時再降溫冷卻得到成品，所需燒結(jié)時間久，成本高，長時間的高溫反應也導致三元材料特別是高鎳較為嚴重的鋰鎳混排，嚴重影響材料性能。
4、現(xiàn)有技術(shù)1：中國專利申請202410098770.8公開了一種三元正極材料及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：
5、將鎳鈷錳三元前驅(qū)體和鋰源混合后進行第一燒結(jié)處理得到正極材料前體；
6、將正極材料前體與尿素混合后進行第二燒結(jié)處理得到所述三元正極材料。
7、該方案由于采用適量的尿素對三元正極材料前體進行包覆，
8、進一步觀察該方案可見，該方案中的第一燒結(jié)處理包括：
9、第一段燒結(jié)包括以1.5～2.5℃/min的升溫速率升溫至650～750℃；
10、第二段燒結(jié)包括以0.5～1℃/min的升溫速率升溫至850～900℃，保溫10～14h；
11、第三段燒結(jié)包括以0.5～1℃/min的降溫速率降溫至650～750℃后隨爐冷卻；
12、進一步觀察該方案的說明書第56段對分段燒結(jié)的記載可見，其作用在于：“采用分階段加熱的方式進行混鋰，可以使鋰源與鎳鈷錳三元前驅(qū)體混合得更加均勻，也可以減少材料表面殘余鋰的量，從而提高電池的電化學性能”。
13、現(xiàn)有技術(shù)2：中國專利申請202410672263.0公開了一種三元多晶正極材料及其制備方法、鋰離子電池和用電裝置，包括三元正極材料基體和包覆在基體表面的復合氧化物包覆層，復合氧化物包覆層中富含co、nb、m3元素，m3元素選擇為si、w、sn、la、zr、ce、mg和al中的至少一種。
14、其制備方法包括：將三元前驅(qū)體材料、鋰源和含m2元素的化合物混合后進行燒結(jié)，得到一燒材料；將一燒材料與鈷源、鈮源、含m3元素的化合物混合后進行燒結(jié)，得到三元多晶正極材料；
15、其中m2元素包括zr、sr、w、al、ti、mo、ce、ca、ta和mg；
16、此方案中是將鈮作為包覆層進行使用而非作為摻雜劑使用。
17、本方案需要解決的問題：如何提供一種能夠制備高容量高倍率的多晶三元正極材料的制備方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請的目的是提供一種高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，該方法通過多個燒結(jié)平臺與摻雜元素、包覆元素、三元材料之間的相互作用，從晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、鋰鎳混排程度、鋰分散均勻程度以及正極材料自身的穩(wěn)定性等多個方面提升了多晶三元正極材料的容量以及倍率性能。
2、本申請不作特殊說明的情況下：nm代表納摩爾/升，μm代表微摩爾/升，mm代表毫摩爾/升，m代表摩爾/升；
3、為實現(xiàn)上述目的，本申請公開了一種高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：
4、步驟1：將鎳鈷錳前驅(qū)體與摻雜劑a、鋰源混合，一次燒結(jié)，得到一燒物料；
5、步驟2：將一燒物料破碎，隨后與包覆劑b、包覆劑c混合，二次燒結(jié)，得到高容量高倍率多晶三元正極材料；
6、所述一次燒結(jié)過程中，包括第一保溫平臺、第二保溫平臺和第三保溫平臺；
7、所述第一保溫平臺的溫度為660～700℃，保溫時間為1.5～2.5h；
8、所述第二保溫平臺的溫度為850～900℃，保溫時間為1.5～2.5h；
9、所述第三保溫平臺的溫度為750～790℃，保溫時間為4～6h；
10、所述摻雜劑a選自含有鈮元素、鋯元素、釔元素、鍶元素的化合物中的至少一種；
11、所述包覆劑b選自含有硼元素、鈷元素的化合物中的至少一種；
12、所述包覆劑c選自含有硅元素、鋁元素的化合物中的至少一種。
13、通過在一次燒結(jié)之前向物料中加入的摻雜劑a一方面來降低鋰源的熔點，提升鋰在材料中的滲透能力，進而使鋰分布得更加均勻，同時，由于摻雜劑a能夠進入一燒物料的晶格中并起到穩(wěn)定作用，因此，還能夠有效的抑制鋰鎳混排對正極材料帶來的不利影響；
14、同時由于摻雜劑a的助熔作用，使得在一燒過程中無需全程保持高溫燒結(jié)，而作為溫度相對較低的第一保溫平臺，能夠使燒結(jié)過程中分解后反應物（li2o、ncmo）進行初步反應，在這一較低的反應溫度下進行的溫和反應，能夠得到大小均一、結(jié)果完整的初級晶粒，為后續(xù)的高溫條件下晶粒充分的生長做下良好的鋪墊，最終易于得到一次顆粒大小均勻，晶格完整的正極材料成品；
15、進一步再通過溫度相對較高的第二保溫平臺使摻雜劑a更容易進入正極材料的晶格內(nèi)部，同時，溫度相對較高的第二保溫平臺能夠促進晶粒的快速生長使晶粒在短時間成長為體積接近預期目標的一次顆粒；最后通過降溫燒結(jié)的方式進一步促進晶粒的生長，并且更為重要的是，相對長時間的第三保溫平臺由于其溫度相對較低，能夠抑制鋰鎳混排現(xiàn)象并使一次顆粒的內(nèi)部缺陷得到修復，進而提升一次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；
16、同時向一燒物料的表面進行包覆，一方面兩種包覆劑均能夠在正極材料的表面形成快離子導體包覆層，不僅提升對正極材料的保護能力，還能夠在一定程度上提升材料的倍率性能，并且包覆層中的部分元素同樣會有部分進入晶格內(nèi)部，進一步地修補一次顆粒的內(nèi)部缺陷；
17、優(yōu)選地，所述鎳鈷錳前驅(qū)體的化學通式為nixcoymnz（oh）2，其中0.60≤x≤0.70，0.10≤y≤0.20，0.20≤z≤0.30且x+y+z=1；
18、當上述設計應用至鎳含量為0.6～0.7的中鎳三元正極材料中，其對于鋰鎳混排的抑制能力更為突出，原因可能在于，鋰鎳混排現(xiàn)象隨著鎳含量的升高而提升，低鎳三元材料由于其鎳含量相對較低，鋰鎳混排相對并不嚴重；
19、而高鎳材料或超高鎳材料由于其更高的鎳含量導致鋰鎳混排過于劇烈，即使能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生抑制作用，但相對中鎳材料而言，呈現(xiàn)出的抑制效果并不明顯；
20、優(yōu)選地本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述鎳鈷錳前驅(qū)體的化學通式為NiXCoYMnZ（OH）2，其中0.60≤x≤0.70，0.10≤y≤0.20，0.20≤z≤0.30且x+y+z=1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述鎳鈷錳前驅(qū)體的化學通式為NiXCoYMnZ（OH）2，其中0.65≤x＜0.70，0.10＜y≤0.15，z＝0.20且x+y+z=1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述摻雜劑A至少包含含有鈮元素的化合物；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述摻雜劑A為含有鈮元素的化合物以及含有鋯元素的化合物，所述含有鋯元素的化合物中鋯元素的質(zhì)量為高容量高倍率多晶三元正極材料總質(zhì)量的500～1500ppm；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述二次燒結(jié)過程中，燒結(jié)的溫度為250～350℃，燒結(jié)時間為3～5h。
8.一種高容量高倍率多晶三元正極材料，其特征在于，通過權(quán)利要求1-7中任一所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法制得。
9.一種鋰離子電池，其特征在于，含有權(quán)利要求8所述的高容量高倍率多晶三元正極材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述鎳鈷錳前驅(qū)體的化學通式為nixcoymnz（oh）2，其中0.60≤x≤0.70，0.10≤y≤0.20，0.20≤z≤0.30且x+y+z=1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述鎳鈷錳前驅(qū)體的化學通式為nixcoymnz（oh）2，其中0.65≤x＜0.70，0.10＜y≤0.15，z＝0.20且x+y+z=1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備方法，其特征在于，所述摻雜劑a至少包含含有鈮元素的化合物；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量高倍率多晶三元正極材料的制備...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姚亞兵，周志度，劉慶強，梁家旺，趙健輝，李宇東，黃政權(quán)，楊連昌，范江，萬國江，
申請(專利權(quán))人：英德市科恒新能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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