[發明專利]三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池和電動汽車

在審

• 申請號: 201810987251.1
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN110867575A
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 甘永青;李世彩;胡棟杰;江正福;魏昊
• 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
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 喬雪微;陳亞琴

1.一種三元正極材料，其特征在于，所述三元正極材料包括微米級的的LiNi_xCo_yMn_zO₂單晶粒結構，式中0.6<x<1，0<y≤0.2，0<z≤0.3，所述單晶顆粒結構包括中心區域和表層區域，所述中心區域各元素的摩爾比滿足Ni∶Co∶Mn＝x1∶y1∶z1，所述表層區域各元素的摩爾比滿足Ni∶Co∶Mn＝x2∶y2∶z2，其中，0.8≤x1<1.0，0<y1，z1≤0.15，0.3≤x2≤0.7，0.2≤y2，z2≤0.4，x1/(x1+y1+z1)＞x2/(x2+y2+z2)。

2.根據權利要求1所述的三元正極材料，其中，所述中心區域的鎳元素摩爾量與鎳鈷錳元素總摩爾量的比值為0.8-1，所述表層區域的鎳元素摩爾量與鎳鈷錳元素總摩爾量的比值為0.3-0.7。

3.根據權利要求1所述的三元正極材料，其中，所述中心區域的鈷元素摩爾量與鎳鈷錳元素總摩爾量的比值為0-0.15，錳元素摩爾量與鎳鈷錳元素總摩爾量的比值為0-0.15；所述表層區域的鈷元素摩爾量與鎳鈷錳元素總摩爾量的比值為0.2-0.4，錳元素摩爾量與鎳鈷錳元素總摩爾量的比值為0.2-0.4。

4.根據權利要求1所述的三元正極材料，其中，所述單晶顆粒結構的中值粒徑滿足D₅₀＝3-20μm。

5.根據權利要求4所述的三元正極材料，其中，所述單晶顆粒結構的中心區域的半徑為2-18μm，所述表層區域的厚度為0.5-6μm。

6.一種三元正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將鎳源、鈷源和錳源按照化學計量比Ni∶Co∶Mn＝x1∶y1∶z1，配制成溶液A，同時將鎳源、鈷源和錳源按照化學計量比Ni∶Co∶Mn＝x2∶y2∶z2配制成溶液B，其中，0.8≤x1<1.0，0<y1，z1≤0.15，0.3≤x2≤0.7，0.2≤y2，z2≤0.4，x1/(x1+y1+z1)＞x2/(x2+y2+z2)；

(2)將溶液A泵入含有堿溶液的反應容器中進行共沉淀反應，待溶液A加完后將溶液B泵入上述反應容器中繼續進行共沉淀反應，制備得到前驅體材料；

(3)將步驟(2)得到的前驅體材料與鋰鹽混合，進行預燒結、粉碎得到材料A；

(4)將材料A與助溶劑混合并進行一次燒結、粉碎，然后洗滌去除助溶劑并烘干，得到材料B；

(5)將材料B進行二次燒結、冷卻、破碎得到單晶顆粒結構的三元正極材料。

7.根據權利要求6所述的三元正極材料的制備方法，其中，步驟(1)中，所述鎳源為硫酸鎳、硝酸鎳、乙酸鎳和氯化鎳中的至少一種；所述鈷源為硫酸鈷、硝酸鈷、乙酸鈷和氯化鈷中的至少一種；所述錳源為硫酸錳、硝酸錳、乙酸錳和氯化錳中的至少一種。

8.根據權利要求6所述的三元正極材料的制備方法，其中，步驟(2)中，溶液A泵入含有堿溶液的反應容器中的速度為1-10L/h，待溶液A加完后將溶液B泵入上述反應容器中的速度為0.5-8L/h；

所述堿溶液為含有沉淀劑和絡合劑的水溶液；所述沉淀劑選自氫氧化鈉、碳酸氫銨、碳酸氫鈉、草酸銨和草酸鈉中的一種或多種，所述絡合劑為氨水。

9.根據權利要求6所述的三元正極材料的制備方法，其中，步驟(2)中，所述共沉淀反應的條件包括：反應容器中的攪拌速度控制在500-1200rpm，反應容器中的反應溫度控制在30-80℃，反應容器中的pH值控制在8-12；

步驟(2)中，還包括在所述共沉淀反應完成后，對反應后的溶液依次進行陳化、離心、洗滌和干燥的步驟；所述陳化的條件包括：陳化時間為3-24h，陳化溫度為30-80℃。