[發明專利]一種三元材料前驅體及其制備方法、三元材料和電池

有效

• 申請號: 201810245521.1
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN110299535B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 胡棟杰
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M4/46
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 耿超

一種三元材料前驅體及其制備方法、三元材料和電池，所述三元材料前驅體包括由Ni_xCo_y(OH)_z一次顆粒團聚形成的Ni_xCo_y(OH)_z二次顆粒以及均勻分散在Ni_xCo_y(OH)_z一次顆粒間隙中的氧化鋁顆粒，以三元材料前驅體中的鎳元素和鈷元素的總的摩爾數為基準，所述Ni_xCo_y(OH)_z二次顆粒的表面的鋁的含量低于0.1%；本申請制備的鎳、鈷、鋁三元材料前驅體，存在前驅體的表面的氧化鋁的含量極低，能夠大大降低后期高溫鋰化過程中三元材料表面惰性α?Al₂O₃的形成。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池正極活性材料前驅體及其制備方法、正極材料和電池。

背景技術

現有技術中制備鎳鈷鋁三元材料，通常采用的方法有共沉淀法，將鎳、鈷、鋁三種元素配制成混合鹽溶液，與絡合劑以及沉淀劑按照一定的速率同時泵入反應釜中，于一定溫度下攪拌制備球型形貌的鎳鈷鋁三元材料前驅體，此種方法由于在共沉淀的過程中，Al(OH)₃的溶度積遠低于Ni(OH)₂和Co(OH)₂，所以Al(OH)₃會優先沉淀，三種元素很難達到原子級別的共混，難形成內部元素分布均一的前驅體，另外，Al(OH)₃的沉淀為絮狀沉淀，容易破壞前驅體的球型生長，導致較難形成均一的二次球；也有方案通過在混合的過程中加入新的絡合劑，以降低Al的沉淀速度，實現Al、Ni、Co的共沉淀，但該種絡合劑能夠同時絡合Ni和Co，從而對Ni和Co的沉淀造成影響，因而合成的前驅體球型形貌差。為了解決上述問題，現有有通過先制備鎳、鈷的二元前驅體，然后在補加Al源和Li源進行熱處理，該方案的影響在于，Al是后續加入的，容易在二元前驅體的表面富集，該部分富集的的鋁在后期熱處理的過程中，易形成氧化鋁惰性層，從而影響三元材料的導鋰性能。

發明內容

本發明針對上述技術問題，提出了一種正極活性材料前驅體，包括由Ni_xCo_y(OH)_z一次顆粒團聚形成的Ni_xCo_y(OH)_z二次顆粒以及均勻分散在一次顆粒間隙中的納米氧化鋁顆粒，以三元材料前驅體的重量為基準，所述三元材料前驅體的表面的鋁的含量低于0.1%。

本申請的發明人發現，現有技術制備的鎳、鈷、鋁三元材料前驅體，氧化鋁會在前驅體的表面富集，該部分富集的氧化鋁會在前驅體高溫鋰化的過程中以惰性的α-Al₂O₃的形式存在，嚴重影響正極活性材料的導鋰性能；而本申請制備的鎳、鈷、鋁三元材料前驅體，存在前驅體的表面的氧化鋁的含量極低，能夠大大降低后期高溫鋰化過程中三元材料表面惰性α-Al₂O₃的形成。

本發明還提出了一種一種三元材料前驅體的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)將鎳鹽、鈷鹽按配比混合形成混合溶液；

(2)取納米氧化鋁粉末分散在水溶液中形成懸濁液；

(3)將混合溶液、懸濁液、絡合劑的水溶液以相同的速率混合，反應后噴霧干燥制備得到三元材料前驅體。

本發明提出的三元材料前驅體的制備方法，通過先將納米氧化鋁利用超聲分散在水溶液中，制成納米氧化鋁均勻分散的懸濁液，然后將該懸濁液與鎳鹽、鈷鹽的混合容易以及絡合劑以相同的速率進行混合，制備得到的三元材料前驅體，氧化鋁不會在二次顆粒表面富集，而是均勻分散在形成二次顆粒的一次顆粒的間隙中，二次顆粒的表面的鋁含量極低，降低了后期前驅體與鋰鹽混合高溫燒結的過程中三元材料表面的惰性氧化鋁的形成，由此提高正極活性的的導鋰性能。