[發(fā)明專利]一種核殼結(jié)構(gòu)正極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110134563.X
• 申請(qǐng)日: 2021-02-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112968153B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂菲;徐寧;吳孟濤;其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開(kāi)姓名
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津巴莫科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G25/00;C01G53/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種高性能核殼結(jié)構(gòu)正極材料及其制備方法，具體步驟是：(1)配制兩種不同摩爾組分的鎳、鈷、錳鹽的混合溶液A和B，單獨(dú)配制含X元素的鹽溶液；(2)將溶液A、堿溶液和絡(luò)合劑溶液分別同時(shí)加入到反應(yīng)釜中，進(jìn)行共沉淀反應(yīng)得到內(nèi)核；(3)加入X鹽溶液和沉淀劑溶液，得到具有包覆層的內(nèi)核；(4)在具有包覆層的內(nèi)核的底液中，加入溶液B、堿溶液和絡(luò)合劑溶液，得到帶有夾層的核殼前驅(qū)體；(5)焙燒得到核殼正極材料。本發(fā)明中的核殼正極材料，由于夾層的存在，能克服因內(nèi)核和外殼不同的體積變化而產(chǎn)生的縫隙，使外殼和內(nèi)核之間的連接力增強(qiáng)，相比普通核殼正極材料，具有較為優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及較長(zhǎng)的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種核殼結(jié)構(gòu)正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，鋰離子電池也被用在電動(dòng)汽車上作為動(dòng)力能源，成為新能源汽車發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。針對(duì)電動(dòng)汽車用鋰離子電池，消費(fèi)者比較關(guān)注的是其續(xù)航里程、使用壽命、加速性能等，這些方面很大程度上取決于使用的動(dòng)力鋰離子電池的性能。

鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中的核心環(huán)節(jié)之一就是正極材料的制造，正極材料的性能在很大程度上決定了鋰離子電池的性能。相關(guān)企業(yè)和科研院校對(duì)正極材料的形貌和結(jié)構(gòu)做了大量研究工作，試圖尋找性能優(yōu)越的正極材料，其中核殼結(jié)構(gòu)的三元材料是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。

相比單一均勻分布的三元正極材料，核殼材料具有容量高、循環(huán)及倍率好的優(yōu)異特性。現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)核殼三元材料已有大量的報(bào)道，現(xiàn)有技術(shù)CN 105428640A公開(kāi)了一種核由Li_xNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂表示，殼由Li_1+yMn_2-yO₄表示；現(xiàn)有技術(shù)CN108899545A公開(kāi)了一種NCM三元正極材料表面包覆SiO₂及M_x(SiO₃)_y的核殼材料，此外，以氧化物、導(dǎo)電聚合物等為殼層材料的核殼材料也多有報(bào)道。

但在實(shí)際使用時(shí)發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)循環(huán)充放電過(guò)程中，核殼正極材料的內(nèi)核和外殼的界面處會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則縫隙或孔洞，究其原因是不同組分、不同成分的內(nèi)核和外殼材料在充放電過(guò)程中的體積變化是不一致的，體積的不可逆變化就導(dǎo)致了這種缺陷的出現(xiàn)，這種缺陷在一定程度上阻礙了鋰離子的傳導(dǎo)，是不利于長(zhǎng)壽命循環(huán)穩(wěn)定性的，直接導(dǎo)致材料循環(huán)性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)正極材料及其制備方法，通過(guò)在內(nèi)核層和外殼層增加一層夾層，克服充放電過(guò)程中由于內(nèi)核、外殼不同的體積變化而產(chǎn)生的縫隙，保持材料的整體結(jié)構(gòu)，提高材料的穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種核殼結(jié)構(gòu)正極材料，所述核殼結(jié)構(gòu)正極材料為由內(nèi)核、夾層、外殼組成，所述內(nèi)核和外殼為含鋰的過(guò)渡金屬氧化物，所述夾層為金屬?gòu)?fù)合化合物，介于內(nèi)核和外殼中間，所述內(nèi)核平均粒徑為1～10μm，外殼平均厚度為1～10μm，夾層厚度為50～500nm。

進(jìn)一步，該核殼結(jié)構(gòu)正極材料前驅(qū)體的整體平均粒徑為5～15μm。

粒徑太大時(shí)，材料球形容易開(kāi)裂，核殼結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；粒徑太小時(shí)，材料合成工藝復(fù)雜，成本高。夾層厚度對(duì)于本申請(qǐng)中材料性能有提升的作用，利于循環(huán)和倍率性能，夾層太薄時(shí)不能有效連接內(nèi)核和外殼，太厚時(shí)不利于鋰離子的擴(kuò)散，會(huì)降低容量，厚度為50～500nm時(shí)為優(yōu)選。