[發明專利]一種高振實密度鋰離子電池三元材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611223385.3
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106848215B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 阮殿波;周洲;李林艷;陳雪丹
• 申請（專利權）人: 寧波中車新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發明涉及電池領域，具體涉及一種高振實密度鋰離子電池三元材料及其制備方法和應用。本發明制備的三元材料由于二次粒子的加入，使得一次粒子之間的空隙減少，大量的二次粒子以填充或插層的方式進入，粒子間堆積更加密集，因此材料的振實密度得到很大的提高。由于一次粒子的加入，減少了二次粒子因為大量積累而發生團聚的問題，增加了二次粒子的可利用率，同時也增加了粒子與電解液間接觸的有效面積，從而提升了材料的電化學性能，包括比容量、倍率和循環特性。

技術領域

本發明涉及電池領域，具體涉及一種高振實密度鋰離子電池三元材料及其制備方法和應用。

背景技術

目前已經實用化的鋰離子電池正極材料可以根據其結構大致分為三大類：第一類是具有六方層狀結構的鋰金屬氧化物LiMO2(M＝Co，Ni，Mn)，其代表材料是鈷酸鋰(LiCoO2)和三元鎳鈷錳(NCM)酸鋰、鎳鈷鋁(NCA)酸鋰材料(NCM：LiNixCoyMnzO2，x+y+z＝1和NCA：LiNixCoyAlzO2，x+y+z＝1)；第二類是具有尖晶石結構的材料，其代表材料主要有LiMn2O4；第三類是具有聚陰離子結構的化合物，其代表材料主要有橄欖石結構的磷酸亞鐵鋰LiFePO4。其中三元材料由于具有較高的能量密度且低成本，因此成為一種極具應用前景的鋰離子電池材料。但是就三元材料的實際應用情況來說，其倍率性能和循環性能還有待提高。

發明內容

針對以上問題，本發明提供一種具有高振實密度的鋰離子電池三元電極材料，具有較高的倍率性能和循環性能。

本發明實現上述目的的技術方案為：一種高振實密度鋰離子電池三元材料，所述高振實密度鋰離子電池三元材料包括鎳鈷鋁酸鋰材料、鎳鈷錳酸鋰材料，所述鎳鈷鋁酸鋰材料由鎳鈷鋁酸鋰一次粒子和鎳鈷鋁酸鋰二次粒子組成，所述鎳鈷錳酸鋰材料由鎳鈷錳酸鋰一次粒子和鎳鈷錳酸鋰二次粒子組成。

所述材料是由NCA或NCM的一次粒子和二次粒子共同組成，相對于普通的三元材料，由于二次粒子的加入，使得一次粒子之間的空隙減少，大量的二次粒子以填充或插層的方式進入，粒子間堆積更加密集，因此材料的振實密度得到很大的提高。由于一次粒子的加入，減少了二次粒子因為大量積累而發生團聚的問題，增加了二次粒子的可利用率，同時也增加了粒子與電解液間接觸的有效面積，從而提升了材料的電化學性能，包括比容量、倍率和循環特性。

進一步地，按質量百分比：所述鎳鈷鋁酸鋰材料中，鎳鈷鋁酸鋰一次粒子占30～70％，余量為鎳鈷鋁酸鋰二次粒子；所述鎳鈷錳酸鋰材料中，鎳鈷錳酸鋰一次粒子占30～70％，余量為鎳鈷錳酸鋰二次粒子。如果一次粒子比例若不在在30～70％，復合材料的比容量減少，倍率性能明顯變差。

進一步地，所述鎳鈷鋁酸鋰一次粒子和鎳鈷錳酸鋰一次粒子的尺寸為600～800nm，所述鎳鈷鋁酸鋰二次粒子和鎳鈷錳酸鋰二次粒子的尺寸為200～400nm。本發明選擇合適的粒子，制備出的材料電化學性能比較優異，包括比容量、倍率、循環性能。

本發明的另一個目的是提供一種高振實密度鋰離子電池三元材料的制備方法，包括步驟：

(1)將鋰源、鎳源、鈷源、鋁源、錳源分散到去離子水中得到溶液A；

(2)在溶液A中加入檸檬酸-乙二醇的水溶液，形成溶膠；將所述溶膠干燥得到塊狀凝膠，還可加入檸檬酸-丙三醇、草酸-乙二醇、酒石酸-乙二醇、草酸-丙三醇、酒石酸-丙三醇之一的水溶液；

(3)將步驟(2)中得到的塊狀凝膠粉碎后去離子水清洗3～5次，加熱得到一次粒子前驅體；

(4)將步驟(2)中得到的塊狀凝膠粉碎后去離子水清洗3～5次，再用有機溶劑濾洗3～5次，加熱得到二次粒子前驅體，用有機溶劑濾洗后，顆粒表面的金屬殘留物和有機官能團都能夠去除，顆粒粒徑減小。

(5)混合步驟(3)和步驟(4)中得到的一次粒子前驅體和二次粒子前驅體，煅燒得得到高振實密度鋰離子電池三元材料；