[發(fā)明專利]一種用于鋰離子二次電池的三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010031980.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN113113575B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵洪源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京信諾創(chuàng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11728
• 代理人: 陳悅軍

本發(fā)明提供一種鋰離子二次電池三元正極材料及其制備方法，本發(fā)明方法能提高鋰離子二次電池三元正極材料在低溫條件下的電子電導(dǎo)率與離子電導(dǎo)率，進(jìn)而改善三元正極材料的低溫輸出特性。所述制備方法，包括如下步驟：1)向中位粒徑為3～5μm三元前驅(qū)體A中加入金屬氧化物并加入鋰源得到物料A；向中位粒徑為8～12μm的三元前驅(qū)體B中加入金屬氧化物并加入鋰源得到物料B；燒結(jié)得到一燒材料A和B；2)分別加入明膠水溶液中，經(jīng)攪拌烘干得到凝膠A與凝膠B；3)將冷凍干燥后的凝膠A與B焙燒，得到表面包覆有不同包覆量的導(dǎo)電碳的二燒材料A和B；4)將二燒材料A和B進(jìn)行批混，得到鋰離子二次電池三元正極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種性能優(yōu)異的高鎳三元正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池以其高的放電比容量、長(zhǎng)的循環(huán)壽命、低的自放電率、良好的環(huán)境友好性的特點(diǎn)，自問世以來迅速應(yīng)用到人們的生產(chǎn)和生活的方方面面。然而，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，動(dòng)力電池對(duì)能量密度、安全性、循環(huán)壽命都提出了更高的要求，常規(guī)的鋰離子電池因此也面連著巨大的挑戰(zhàn)。目前，三元材料以其高的放電比容量和能量密度，受到廣泛的關(guān)注。

三元材料是由不同粒徑大小的微球組成，其中粒徑大的微球比表面積較小，在電池循環(huán)過程中發(fā)生的副反應(yīng)較少，有利于電池安全性的提高；但由于比表面積較小，粒徑大的微球其鋰離子傳導(dǎo)效率較低，不利于電池在低溫條件下容量的發(fā)揮。粒徑小的微球正好相反，其比表面積較大，有利于鋰離子的快速傳導(dǎo)，從而提高材料的倍率性能，有利于電池在低溫條件下循環(huán)性能的提高；但同樣，粒徑小的微球比表面積較大，容易發(fā)生副反應(yīng)，對(duì)電池安全性造成危害。

目前三元材料存在循環(huán)壽命短及安全性差等缺陷，尤其是在低溫條件下，三元材料放電容量與循環(huán)穩(wěn)定性會(huì)大幅度衰減。如何提高三元材料在低溫條件下的循環(huán)穩(wěn)定性成為人們關(guān)心的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于鋰離子二次電池的三元正極材料的制備方法，基于該方法，體相摻雜與表面包覆協(xié)同作用，能降低鋰離子二次電池三元正極材料在低溫條件下的電荷轉(zhuǎn)移阻抗，進(jìn)而改善三元正極材料的低溫輸出特性。

本發(fā)明為達(dá)到其目的，提供一種用于鋰離子二次電池的三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)向中位粒徑為3～5μm的三元前驅(qū)體A中加入金屬氧化物并混合均勻，然后加入鋰源并混合均勻得到物料A；向中位粒徑為8～12μm的三元前驅(qū)體B中加入金屬氧化物并混合均勻，然后加入鋰源并混合均勻得到物料B；并且向三元前驅(qū)體A中加入的所述金屬氧化物的質(zhì)量比例和向所述三元前驅(qū)體B中加入的所述金屬氧化物的質(zhì)量比例不同，優(yōu)選向三元前驅(qū)體A中加入的所述金屬氧化物的質(zhì)量比例大于向所述三元前驅(qū)體B中加入的所述金屬氧化物的質(zhì)量比例；優(yōu)選的，向三元前驅(qū)體A和三元前驅(qū)體B中加入的所述金屬氧化物的質(zhì)量比例分別為100～5000ppm和100～4000ppm；

所述物料A在氧氣氣氛下于730～780℃焙燒3～20h，所述物料B在氧氣氣氛下于780～810℃焙燒3～20h，分別相應(yīng)得到金屬元素?fù)诫s量不同的一燒材料A和一燒材料B；

2)將所述一燒材料A加入明膠水溶液A中，將所述一燒材料B加入明膠水溶液B中，分別攪拌10～30分鐘，然后在80～120℃條件下烘干(具體如在80～120℃條件下干燥5～20h)，烘干后得到相應(yīng)的凝膠A與凝膠B，然后將凝膠A與凝膠B冷凍干燥(具體如冷凍干燥5～30h)；其中，所述明膠水溶液A和明膠水溶液B中的明膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，優(yōu)選所述明膠水溶液A的明膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于所述明膠水溶液B中的明膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)；優(yōu)選的，所述明膠水溶液A和明膠水溶液B的明膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1％～5％和0.1％～10％；

3)將冷凍干燥后的凝膠A與凝膠B分別在惰性氣體(例如氮?dú)?保護(hù)下于300～800℃焙燒3～10小時(shí)，明膠原位轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電碳材料，相應(yīng)得到表面包覆有不同包覆量的導(dǎo)電碳的二燒材料A和二燒材料B；