[發明專利]一種鋰離子電池三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請號: 201910872886.1
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN112510194B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 范宇琦;付強;陳靖華;曹文玉
• 申請（專利權）人: 惠州比亞迪實業有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 鄒宇寧

本公開涉及一種鋰離子電池三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池，該三元正極材料的顆粒表面為片層結構，片層結構具有堆積的多個片層單元；片層單元的片層厚度為100?200nm，片層長度約300?600nm；三元正極材料的D₁₀為1400?1800nm，三元正極材料的D₉₀為2900?3300nm，三元正極材料的D₅₀為2000?2500nm，三元正極材料的比表面積為18000?35000cm²/g。本公開的鋰離子電池正極材料較傳統二次球小顆粒間更緊密的結合而具有更好的機械強度，而且其獨特的分級片層結構具有比單晶材料更豐富的表面，增大了電極/電解液界面，更有利于鋰離子的嵌入/脫出過程，從而具有更高容量的發揮。

技術領域

本公開涉及鋰離子電池領域，具體地，涉及一種鋰離子電池三元正極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

隨著鋰離子電池市場的高速擴展，加上三元正極材料在高比容量方面的優勢，三元正極材料的需求量日益增大。目前常規的三元正極材料，常見的顆粒形貌為大單晶型、二次球型。不同的形貌有著不同的性能表征特點，根據材料的使用場景不同，可選用最適合的特定形貌的三元正極材料。目前三元正極材料生產的工藝方法主要是高溫固相法，現市場上大多廠家生產的是大單晶狀和二次球狀的三元正極材料，多用于動力電池的制造。

但是，二次球型顆粒容易在輥壓以及電池循環過程中出現二次球破碎的情況，大單晶型顆粒則對電池循環過程中鋰離子的嵌入/脫出有限制，均不利于三元正極材料容量的發揮。

發明內容

本公開的目的是為了克服現有三元正極材料在機械強度及電化學性能上存在的問題，提供一種機械強度和電化學性能較好的三元正極材料。

為了實現上述目的，本公開第一方面提供一種鋰離子電池三元正極材料，該三元正極材料的顆粒表面為片層結構，所述片層結構具有堆積的多個片層單元；所述片層單元的片層厚度為100-200nm，長度為300-600nm；所述三元正極材料的D₁₀為1400-1800nm，所述三元正極材料的D₉₀為2900-3300nm，所述三元正極材料的D₅₀為2000-2500nm，所述三元正極材料的比表面積為18000-35000cm²/g。

可選地，所述三元正極材料含有三元活性組分，所述三元活性組分含有化學式為LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的物質，其中，0.6≤x≤0.9，0.05≤y≤0.2；以所述三元正極材料的總重量為基準，所述三元活性組分的含量為98.5-99.9重量％。

可選地，所述三元正極材料還含有Bi元素和V元素，所述Bi元素與所述V元素的摩爾比為(0.5-0.8)：(0.2-0.5)。

為了實現上述目的，本公開第二方面提供一種制備本公開第一方面所述的鋰離子電池三元正極材料的方法，該方法包括：將三元正極材料前驅體、鋰源與添加劑混合并進行煅燒處理；所述添加劑含有V₂O₅和Bi₂O₃。

可選地，所述鋰離子電池三元正極材料的鋰化比值為1.005-1.1；以所述鋰離子電池三元正極材料的總重量為基準，所述添加劑的用量為0.1-1.5重量％。

可選地，所述添加劑中Bi元素與V元素的摩爾比為(0.5-0.8)：(0.2-0.5)；所述鋰源包括單水氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰和醋酸鋰中的一種或幾種，所述三元正極材料前驅體的粒徑為2000-6000nm。

可選地，所述煅燒處理的條件包括：所述煅燒在純氧氛圍中進行，所述煅燒的溫度為650～950℃，進行所述煅燒處理的時間為10～30h。