[發(fā)明專利]雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710223139.6
• 申請(qǐng)日: 2017-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN107123792B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙洪東;張會(huì)斌;牛龍偉;王瑛;趙成龍;于文倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東玉皇新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京君慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11716
• 代理人: 王寬

本發(fā)明公開了一種雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)三元正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明正極材料的分子式為L(zhǎng)iNi_xCo_1?x?yMn_yO₂，0＜x＜1,0＜y＜1,x+y＜1，所述正極材料為雙層結(jié)構(gòu)；內(nèi)層為由納米級(jí)顆粒凝集組成的疏松多孔結(jié)構(gòu)；外層為由微米級(jí)粒子通過放射狀定向排列堆積而包圍內(nèi)層的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過控制材料前驅(qū)體合成工藝，制得具有雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體材料，通過燒結(jié)，進(jìn)一步制得雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)的正極材料。本發(fā)明方法制得的正極材料循環(huán)性能好、安全性能高，半電池1C循環(huán)100次，循環(huán)保持率在95%以上，全電池1C循環(huán)壽命2000次以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)三元正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種新型的二次電池，由于自身具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、放電穩(wěn)定性好、環(huán)境污染小及開發(fā)潛力大等明顯優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為全球能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和開發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)方向。正極材料在鋰離子電池中發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此，正極材料的開發(fā)利用發(fā)展尤為迅速，三元正極材料又以能量密度高、成本相對(duì)較低以及循環(huán)性能優(yōu)異等特點(diǎn)成為諸多正極材料中潛力最大最有發(fā)展前景的一種，受到人們的青睞，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類產(chǎn)品、數(shù)碼類產(chǎn)品、動(dòng)力產(chǎn)品和無人機(jī)等領(lǐng)域。

三元正極材料一般為微米級(jí)的球形顆粒，在充放電過程中，鋰離子的“脫出”或“嵌入”往往會(huì)由于液相和固相的擴(kuò)散系數(shù)以及擴(kuò)散路徑的差異而形成極化現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致材料局部過充和過放的問題，影響材料的循環(huán)穩(wěn)定性；另外，鋰離子“脫出”或“嵌入”的過程，會(huì)導(dǎo)致材料球形顆粒發(fā)生體積變化，甚至導(dǎo)致顆粒破碎，嚴(yán)重影響電池的安全性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，以解決現(xiàn)有制備方法制得的三元正極材料循環(huán)性能和安全性能無法滿足市場(chǎng)需求的問題，本發(fā)明提供了一種雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)三元正極材料及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)三元正極材料，分子式為L(zhǎng)iNi_xCo_1-x-yMn_yO₂，0＜x＜1, 0＜y＜1,x+y＜1，所述正極材料為雙層結(jié)構(gòu)；內(nèi)層為由納米級(jí)顆粒凝集組成的疏松多孔結(jié)構(gòu)；外層為由微米級(jí)粒子通過放射狀定向排列堆積而包圍內(nèi)層的結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選方案，所述納米級(jí)顆粒的直徑為10-100 nm；所述微米級(jí)粒子的直徑為0.5-5 μm。

所述正極材料由含有雙層結(jié)構(gòu)的前軀體熱處理而得，所述前軀體的分子式為L(zhǎng)iNi_xCo_1-x-yM_y(OH)₂，0＜x＜1, 0＜y＜1, x+y＜1。

所述雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)三元正極材料的制備方法，包括步驟：

1）合成內(nèi)層結(jié)構(gòu)；以絡(luò)合劑溶液A作為底液，在惰性氣體氛圍中，攪拌下滴加鎳鈷錳鹽溶液，同時(shí)滴加絡(luò)合劑溶液B和沉淀劑溶液；控制反應(yīng)體系pH值為10.0-13.0，反應(yīng)溫度為40-60℃進(jìn)行反應(yīng)，得到前軀體固液混合物A；

2）合成外層結(jié)構(gòu)；在惰性氣體氛圍中，向所述前軀體固液混合物A中滴加鎳鈷錳鹽溶液，同時(shí)滴加絡(luò)合劑溶液B和沉淀劑溶液，控制反應(yīng)體系pH值為9.0-12.5，反應(yīng)溫度為40-60℃，攪拌下進(jìn)行反應(yīng)，得到前軀體固液混合物B；

3）熱處理；所述前軀體固液混合物B過濾并烘干得雙層結(jié)構(gòu)的前軀體，所述雙層結(jié)構(gòu)的前軀體與鋰鹽混合均勻，首先升溫至300-550℃，保溫3-8 h，隨后升溫至600-1000℃，保溫8-30h；升溫和保溫過程均通入空氣或氧氣或空氣與氧氣的混合氣，熱處理結(jié)束后繼續(xù)通氣至冷卻至室溫，得雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)三元正極材料。