[發明專利]一種鎳鈷錳三元材料及其前驅體和制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110085575.8
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112928250A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 姜龍;謝能建;王鵬峰;葉耀濱;魏國禎
• 申請（專利權）人: 廈門廈鎢新能源材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 方惠春

本發明屬于鋰離子電池正極材料領域，具體涉及一種鎳鈷錳三元材料及其前驅體和制備方法與應用。所述鎳鈷錳三元材料前驅體的組成由Ni_xCo_yMn_(1?x?y)(OH)₂表示，其中，0.30x0.85，0.05y0.35，0x+y1；所述鎳鈷錳三元材料前驅體由內到外依次包括內核、致密層、致密層連接層和外殼，所述內核與致密層連接層均具有疏松結構，所述致密層和外殼均具有致密結構。本發明提供的鎳鈷錳三元材料作為鋰離子電池正極材料，能夠提高首次充放電效率、倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池正極材料領域，具體涉及一種鎳鈷錳三元材料及其前驅體和制備方法與應用。

背景技術

隨著3C數碼電子產品、電動工具及電動汽車的迅猛發展，對鋰離子電池的性能(如能量密度、安全性能、循環性能、高低溫性能等)提出了更高的要求，鋰離子電池產品日益趨于向高容量、質量輕、倍率性能、循環性能好等方向發展。

三元材料具有容量高、循環性能穩定、價格便宜等優點。與鈷酸鋰材料相比，三元正極材料中鈷所占比例較低，具有一定的成本優勢。然而，在3.0～4.3V的電壓范圍內，鈷酸鋰的首次充放電效率可達95％，而鎳鈷錳三元正極材料則一般只有85～90％，特別是在Co含量低于10％的時候，鎳鈷錳首次充放電效率則低于85％。首次充放電效率較低一定程度上影響了材料的可逆容量，也對電池的能量密度產生一定的影響。若能將首次充放電效率提高5％左右，相當于提高10mAh/g的可逆容量，對電池能量密度的提升有十分重要的意義。

常規的鋰離子正極三元材料均是由內而外致密度較高的前驅體燒結得到的致密的正極活性物質，該材料的壓實密度高，但因材料的致密度高，無法緩解鋰離子電池在充放電時顆粒膨脹和收縮所產生的應力負載，造成一次顆粒破碎，影響電池性能。

CN106044871A公開了具有中空結構、高比表面積的正極活性物質，通過控制其前驅體的中心疏松和外殼致密，燒結后的鋰鎳復合氧化物具有中空結構，以獲得高容量和高輸出功率的性能。然而，為了達到高輸出功率的要求，該材料內部存在較大的中孔，壓實密度較低，在極片輥壓過程中容易造成顆粒的破碎，加速材料與電解液的反應，不利于材料循環壽命的提高。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的三元正極材料的首次充放電效率、倍率性能和循環性能較差的缺陷，而提供一種具有較高首次充放電效率、倍率性能和循環性能的鎳鈷錳三元材料及其前驅體和制備方法與應用。

為了實現以上發明目的，本發明提供了一種鎳鈷錳三元材料前驅體，其中，所述鎳鈷錳三元材料前驅體的組成由Ni_xCo_yMn_(1-x-y)(OH)₂表示，其中，0.30x0.85，0.05y0.35，0x+y1；所述鎳鈷錳三元材料前驅體由內到外依次包括內核、致密層、致密層連接層和外殼，所述內核與致密層連接層均具有疏松結構，所述致密層和外殼均具有致密結構。

優選地，所述內核和致密層連接層的密度各自獨立地為0.2～1.0g/cm³，更優選為0.5～1.0g/cm³。

優選地，所述致密層和外殼的密度各自獨立地為1.0～2.5g/cm³，更優選為1.5～2.5g/cm³。

優選地，所述內核的粒徑D50為0.5μm～5μm。

優選地，所述致密層的厚度為0.5μm～5μm。

優選地，所述致密層連接層的厚度為0.5μm～5μm。

優選地，所述外殼的厚度為0.5μm～5μm。

優選地，所述鎳鈷錳三元材料前驅體的粒徑D50為6μm～18μm。