[發明專利]一種三元正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011182486.7
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112216836B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 任海朋;崔軍燕;李嘉俊;陳婷婷;萬江濤;李子郯
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種三元正極材料及其制備方法和應用，所述的三元正極材料為三維鏤空結構；本發明通過水熱法制備得到三維金屬有機骨架的前驅體，再經預燒?摻鋰?高溫煅燒?混料?低溫煅燒，得到所述的三元正極材料。本發明所述的三元正極材料的多孔結構有利于鋰離子的儲存和快速傳輸，對其倍率性能和循環性能有著很大的提高。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，涉及一種三元正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著新能源行業的快速發展，三元材料已經作為各大新能源企業的重要研發與生產規劃，而且電動汽車市場對電池安全關注度越來越高，8系以上的高鎳三元電池雖然能量密度較高，但是存在較大安全風險，市場需要減緩。從正極材料角度出發，鎳含量是對電池安全性能影響的重要因素，隨著鎳含量的降低，安全性能逐漸提高，但是能量密度也會降低。針對以上問題，中鎳6系材料具有明顯優勢，一是具有更高的充電截止電壓(4.3V以上)，帶來更大的比容量指標，滿足電池對高能量密度正極材料的要求；二是通過做出其他形式做出的6系正極也能提高其倍率性能，使其結構更加穩定，循環過程中不易粉化，具有更高的安全的性能；三是通過降低鈷含量，成本可以明顯降低。因此為了改善電芯安全性能，同時兼顧能量密度、成本等因素，需要對6系正極材料進一步研究。現在中鎳的三元材料也有其自身的弊端，由于長時間循環后，內部結構遭到破壞、表面材料與電解液發生副反應等因素，造成其循環性能衰減嚴重，所以目前需要在原有材料表面包覆一層氧化物來改變其循環性能。

CN109301243A公開了一種層狀鎳鈷鈦三元正極材料的新體系，采用Ti元素替換Mn元素，由于Ti-O鍵較強可以穩定三元正極材料的層狀晶體結構，進而改善其在循環過程中的結構穩定性，使三元正極材料表現出優異的容量保持率，而且在高鎳體系的鎳鈷鈦三元正極材料中體現出更好的穩定性，但是這種材料在一定程度上限制了鋰離子嵌入和脫出速率，進而影響其倍率性能，而且，其在使用過程中很容易掉粉，而且循環過程中結構容易遭到破壞，進而影響其循環性能。

CN104319388A公開了一種球形三元正極材料的制備方法，其所述的三元正極材料由球形或類球形顆粒組成，堆積密度大，比容量高。其先將氯化鎳、硫酸鈷、錳鹽與氫氧化鈉、氨在水溶液中反應合成球形或類球形氫氧化鎳鈷錳Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3(OH)₂前驅體，洗滌干燥后與碳酸鋰均勻混合，在空氣中經過600-700℃高溫熱處理5-7小時得到球形鎳鈷錳酸鋰。其制備的球形鎳鈷錳酸鋰堆積密度大，其平均粒徑為3-7μm，振實密度可達2.25-2.50g/cm³，可逆比容量可達172-185mAh/g，其制備前驅體的過程繁瑣，反應過程難以控制且不能做出多種形貌的前驅體材料，進而三元正極材料的形貌比較單一。

上述方案制備的三元正極材料均存在有倍率性差、循環性能差且制備工藝繁瑣等缺點，因此，開發一種制備工藝簡單且具有較高的循環性能和倍率性能的三元正極材料是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三元正極材料及其制備方法和應用，所述的三元正極材料為三維鏤空結構，本發明通過水熱法制備得到三維金屬有機骨架的前驅體，再經預燒-摻鋰-高溫煅燒-混料-低溫煅燒，得到所述的三元正極材料，本發明所述的三元正極材料的多孔結構有利于鋰離子的儲存和快速傳輸，對其倍率性能和循環性能有著很大的提高。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種三元正極材料，所述三元正極材料包括一次顆粒和由一次顆粒組成的二次顆粒，所述的一次顆粒和/或二次顆粒為三維鏤空結構。

本發明所述三元正極材料的結構為內部空心，而且二次顆粒也為空心的結構，表面比較粗糙，有利于鋰離子的儲存和快速傳輸，對其倍率性能有著很大的提高。