[發明專利]一種核殼結構的動力電池材料及其制備方法有效
| 申請號： | 202010264928.6 | 申請日： | 2020-04-07 |
| 公開（公告）號： | CN111554868B | 公開（公告）日： | 2022-07-05 |
| 發明（設計）人： | 余海軍;戴宏亮 | 申請（專利權）人： | 湖南大學 |
| 主分類號： | H01M4/04 | 分類號： | H01M4/04;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205 | 代理人： | 左恒峰 |
| 地址： | 410001 湖*** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 結構 動力電池 材料 及其 制備 方法 | ||
本發明公開了一種核殼結構的動力電池材料，包括內核和外殼；內核化學式為：LiNixCoyMn1?x?yAaO2，式中，0.4≤x≤1，0≤y≤0.4，0a≤0.03，A為金屬鎂、鋁、鍶或鑭中的至少一種；外殼化學式為：LiNiiCojMn1?i?jBb，式中，0.2≤i0.8，0.1≤j0.7，0b≤0.1，M為氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、氧化鍶、氧化鑭或氧化釔中的至少一種。本發明的制備方法為雙覆動力電池材料的逆向產品定位設計與工程方法，通過金屬噴霧造粒、水熱結晶沉積和氧彈高壓燒結三個關鍵步驟制備得到具有核殼結構的電池正極三元材料。
技術領域
本發明屬于材料化學領域，具體涉及一種核殼結構的動力電池材料及其制備方法。
背景技術
據工信部數據，2019年，新能源汽車產銷分別完成124.2萬輛和120.6萬輛。其中，純電動汽車產銷分別完成102萬輛和97.2萬輛，在新能源汽車產業帶動下，動力電池產業得到飛速發展。
鋰離子電池因平臺電壓高、能量密度大、循環壽命長、自放電率低、無記憶效應、綠色環保等優勢被廣泛應用于動力電池。鎳鈷錳酸鋰三元材料具有高比容量、高能量密度和功率密度，性能穩定逐步成為動力電池的主流正極材料。
傳統產業化生產三元材料方法是將前驅體材料與鋰源機械混勻后，以匣缽盛裝后置于輥道窯中進行高溫燒結使其反應生成鎳鈷錳酸鋰正極材料。由于是氧氣為常壓，位于匣缽內部的粉體燒結過程與氧氣接觸不充分，難以對內部粉體進行徹底氧化，對正極材料性能有較大影響，對于高鎳材料尤為嚴重。同時，傳統工藝采用共沉淀法制造前驅體，其前驅體整體疏松，密度較小，且難以得到致密的核殼型前驅體。并且，由于輥道窯屬于開放式窯爐，氧氣通入后不能長時間停留，而燒結高鎳三元材料要求高濃度氧氣，為維持在燒結全程高純氧氣氣氛，生產時需要不停地通入大量氧氣，氧氣耗量非常大。
為了改善材料的容量性能或循環性能，需要在三元材料中摻雜一定量的金屬元素。傳統的生產工藝是在燒結階段，將前驅體、碳酸鋰和摻雜金屬物質混合一起燒結，該工藝難以將摻雜金屬與前驅體從原子級別上徹底混勻，更不能實現材料內層和外層不同摻雜元素，局限性明顯。
因此，亟需提供一種可從原子級別上徹底混勻，并實現材料內層和外層不同摻雜元素的具有核殼結構的動力電池材料及其制備方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種核殼結構的動力電池材料及其制備方法，本發明制備的核殼結構的動力電池材料具有密度高、容量高和壽命長的優點。
為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案：
一種核殼結構的動力電池材料，包括內核和外殼；所述內核化學式為：Li(NixCoyMn1-x-y)AaO2，式中，0.4≤x≤1，0≤y≤0.4，0a≤0.03，A為金屬鎂、鋁、鍶或鑭中的至少一種；所述外殼化學式為：Li(NiiCojMn1-i-j)Bb，式中，0.2≤i0.8，0.1≤j0.7，0b≤0.1，B為氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、氧化鍶、氧化鑭或氧化釔中的至少一種。
優選地，所述核殼結構的動力電池材料的鎳、錳濃度呈梯度分布，Ni的濃度從內到外逐漸減小，Mn的濃度從內到外逐漸增大。
一種核殼結構的動力電池材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將金屬鎳、鈷、錳和鋰混合，再加入內核摻雜金屬A，得到混合物料，加熱熔融，噴霧造粒，制得鎳鈷錳鋰合金顆粒；
(2)將鎳鈷錳鋰合金顆粒通入氧氣中，反應，制得合金氧化物顆粒；
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