[發(fā)明專利]一種高功率型三元材料前驅體和制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010968027.5
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112047397A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 郭建;高秀玲
• 申請（專利權）人: 天津市捷威動力工業(yè)有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產(chǎn)權代理有限公司 12211
• 代理人: 張峻

本發(fā)明提供了一種高功率型三元材料前驅體和制備方法，分子式如下：Ni_1?a?bCo_aMn_b(OH)₂，其中11?a?b≥0.2；0.5a，b0，其形貌特征為：呈球形或類球形形貌，一次顆粒直徑為0.1?2um，中空結構，內(nèi)部多孔隙的粒度D50在4?10um的二次顆粒材料，顆粒內(nèi)部有M元素摻雜，其中M＝Ce、Nd、Eu、Er、Ta、W、Sn中的一種或幾種元素組合。本發(fā)明針對現(xiàn)有的車廠PHEV和HEV電池包對正極材料的性能改善需求提供一種具有特殊微觀結構的三元材料前驅體，通過特殊的工藝控制制備出內(nèi)部具有較多孔洞的一次顆粒聚合的二次顆粒前驅體。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子正極材料技術領域，尤其是涉及一種高功率型三元材料前驅體和制備方法。

背景技術

鋰離子電池是近十多年來迅猛發(fā)展起來的一種高能電池，由于其具有高電壓、高比能、循環(huán)周期長、環(huán)境污染小等優(yōu)勢，目前已經(jīng)成為我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重點方向。而正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，也是鋰離子電池中成本比例最高的部分。

目前三元材料由于具有較高的比能量密度可以帶來較長的續(xù)航里程，在新能源汽車商業(yè)化應用中得到廣泛關注。并且隨著電芯制造成本的不斷下降，三元材料動力電池應用于PHEV和HEV比例不斷上升，逐步侵占鉛酸電池的應用市場。隨著替代進程的不斷加快，電池制造廠商對于三元材料的功率性能有了更高的要求，目前的三元材料已經(jīng)漸漸不能滿足電池制造商對其功率性能上的需求。

但是作為功率型電池正極材料的多元材料還是存在一定問題的：

(1)功率型材料多為二次團聚球，在高電壓或較大電流充放電條件下易從晶界間發(fā)生結構剝離和坍塌，引發(fā)電池在高溫循環(huán)過程中容量大幅衰減；

(2)功率性能較差，無法滿足現(xiàn)有電芯開發(fā)的需求；

(3)通過添加大量的鈷元素來達到提高材料倍率性能的目的，這樣大幅提高了正極材料的成本。

研究人員試圖通過制備大晶粒或大單晶多元正極材料來解決上述問題。多數(shù)工藝通過將前驅體和鋰鹽干法混合后進行球磨破碎制備微米級顆粒之后通過高溫焙燒的方式來制備類單晶顆粒。但是晶粒尺寸的增大帶來了內(nèi)阻增加，導致功率性能下降等不良反應。而增加鈷元素含量是可以提高正極材料導電率，但是其價格的上升不符合車廠需求因此在HEV和PHEV上可以選擇的正極材料方案較少。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種高功率型三元材料前驅體和制備方法，針對現(xiàn)有的車廠PHEV和HEV電池包對正極材料的性能改善需求提供一種具有特殊微觀結構的三元材料前驅體，通過特殊的工藝控制制備出內(nèi)部具有較多孔洞的一次顆粒聚合的二次顆粒前驅體，可以在保證低鈷含量低成本優(yōu)勢同時獲得材料的高功率與長壽命并重的二次顆粒三元材料，同時進行前驅體摻雜，提升焙燒后高鎳材料的使用壽命。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種高功率型三元材料前驅體，分子式如下：Ni_1-a-bCo_aMn_b(OH)₂，其中11-a-b≥0.2；0.5a，b0，其形貌特征為：呈球形或類球形形貌，一次顆粒直徑為0.1-2um，中空結構，內(nèi)部多孔隙的粒度D50在4-10um的二次顆粒材料，顆粒內(nèi)部有M元素摻雜，其中M＝Ce、Nd、Eu、Er、Ta、W、Sn中的一種或幾種元素組合。

本發(fā)明還公開了一種高功率型三元材料前驅體的制備方法，包括以下步驟：

(1)配置混合溶液：

混合溶液由鎳鈷錳三元鹽溶液、添加劑A和添加劑B混合而成；