[发明专利]三元正极材料前驱体及其制备方法、三元正极材料和锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体而言，涉及一种三元正极材料前驱体及其制备方法、三元正极材料和锂离子电池。包括：在含有镍离子、钴离子和锰离子的混合盐溶液中加入镁源，搅拌进行离子交换反应，水洗、干燥后得到所述三元正极材料前驱体；其中，所述镁源中Mg的摩尔量大于或等于所述混合盐溶液中金属离子的摩尔量的总和。该方法不使用络合剂和沉淀剂，不会造成局部浓度偏高的现象，利用氧化镁与水反应生成了氢氧化镁，同时氢氧化镁为层状结构，溶液中游离的镍离子、钴离子、锰离子在溶度积常数差异的推动下会自发与氢氧化镁发生离子交换反应，得到镍钴锰三元氢氧化物，是一种简单、高效、无外加溶剂的三元正极材料前驱体的制备方法。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体而言，涉及一种三元正极材料前驱体及其制备方法、三元正极材料和锂离子电池。

背景技术

随着全球范围内新能源汽车市场的火爆，动力电池领域也迎来了崭新的发展阶段。锂离子电池具有诸多优势，是动力电池领域的佼佼者。锂离子电池主要由四部分构成：正极材料、负极材料、隔膜以及电解液。其中，正极材料约占整体电池成本的40％。目前市场主流的正极材料分为两大类：磷酸铁锂材料以及三元材料。其中，三元材料具有更高的理论比容量以及工作电压，可以更好满足锂离子电池对于高能量密度的需求。三元材料的制备涉及前驱体以及锂源，前驱体的特性直接决定了最终三元材料的性能表现。目前三元材料前驱体的主流合成方法为共沉淀法，即在金属盐溶液中，加入碱源以及络合剂获得前驱体沉淀。除此之外，还有溶液凝胶法等。

现有的共沉淀法、溶液凝胶法大多需要加入碱源以及络合物质。如中国专利CN113620351A利用有机膦酸盐溶液和氨水的混合溶液作为络合剂制备了镍钴锰三元材料前驱体，该方法所使用的络合剂涉及到有机溶剂，使得体系更加复杂，且成本上升。再如中国专利CN114604908A使用一种聚苯乙烯高分子微球为模板，结合共沉淀法制备得到形貌尺寸均匀的镍钴锰三元材料前驱体，该方法所使用的聚苯乙烯微球模板难以完全去除，影响产品纯度。中国专利CN114560515A使用溶液凝胶法制备了铝包覆型三元材料前驱体，合成过程中利用柠檬酸-乙二醇溶液形成溶液凝胶体系，随后与铝溶胶混合干燥得到铝包覆三元材料前驱体。可以看出共沉淀法以及溶液凝胶法等方法大多涉及到复杂有机溶剂的添加，使得成本上升；同时碱源的加入可能导致体系局部浓度偏高，使得产物均一性降低。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种三元正极材料前驱体的制备方法，该方法不使用络合剂和沉淀剂，不会造成局部浓度偏高的现象，利用氧化镁与水反应生成了氢氧化镁，同时氢氧化镁为层状结构，溶液中游离的镍离子、钴离子、锰离子在溶度积常数差异的推动下会自发与氢氧化镁发生离子交换反应，得到镍钴锰三元氢氧化物，是一种简单、高效、无外加溶剂的三元正极材料前驱体的制备方法。

本发明的第二目的在于提供一种三元正极材料前驱体，该前驱体中还包括了未能完全清除的Mg掺杂其中，可以起到抑制锂镍混排的作用。

本发明的第三目的在于提供一种由上述前驱体烧结得到的三元正极材料，该三元正极材料由于氢氧化镁为层状结构而具有片状结构，片状结构可以大幅缩小锂离子迁移路程，提高锂离子的扩散系数，提升克容量的发挥。可以预见的是，该方法对于正极材料的降本以及产能的提升有极大的促进作用。

本发明的第四目的在于提供包括如上所述的三元正极材料的锂离子电池。

本发明的第五目的在于提供包括如上所述的锂离子电池的用电设备。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

三元正极材料前驱体的制备方法，包括：

在含有镍离子、钴离子和锰离子的混合盐溶液中加入镁源，搅拌进行离子交换反应，水洗、干燥后得到所述三元正极材料前驱体；

其中，所述镁源中Mg的摩尔量大于或等于所述混合盐溶液中金属离子的摩尔量的总和。