[發明專利]一種鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110695988.8
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113258061B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 熊學;李廈;李旻;周友元;趙俊豪;黃滔;黃承煥
• 申請（專利權）人: 湖南長遠鋰科股份有限公司;湖南長遠鋰科新能源有限公司;金馳能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

本發明公開了一種鎳鈷錳三元正極材料，該材料的顆粒具有孿生或三生的中空結構，是由2～3顆具有中空結構的二次顆粒構成的聚集體融合而成，聚集體中相鄰二次顆粒接觸的殼層界面融合成一體。該材料是將具有中空結構的二次顆粒前驅體進行二次反應，使2～3顆二次顆粒形成聚集體形態的前驅體，與Li源混合，經負壓燒結得到。本發明的鎳鈷錳三元正極材料相比于現有的高功率鎳鈷錳三元材料，該結構的三元正極材料振實密度更高、殘堿量更低、電池內阻更低，高溫循環性能更優。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及一種鋰離子電池鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著新能源汽車的快速發展，對PHEV和HEV等各種動力型汽車用高功率三元材料的要求越來越高。在追求高容量的同時，對高倍率、低內阻提出更高的要求。目前主要方法為將正極材料做成粒徑為3～10μm的多孔或中空結構的小顆粒，以此來降低電池內阻、提高倍率性能。例如CN112047397A涉及一種中空結構、內部多孔隙的粒度D50在4～10um的二次顆粒材料；CN111276680A涉及一種粒度D50為3～5μm、內部中空的核殼結構前驅體正極材料及其制備方法。

可見，現有技術采用的手段大致為減小顆粒粒徑、形貌控制為多孔或中空結構的二次顆粒。但是這些方案都存在如下問題：①小顆粒產品的振實密度低，引起電池能量密度降低；②小顆粒、多孔結構產品的殘堿量較高，引起高溫存儲性能降低；③小顆粒、中空或多孔結構雖然能一定程度上降低電池的內阻，但降幅空間有限；④產品的二次顆粒致密性差，在惡化充放電條件下晶界間易發生結構剝離和坍塌，電池在高溫循環過程中容量大幅衰減。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種具有高能量密度、低內阻的鋰離子電池鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法。

為實現以上目標，本發明采用如下的技術方案：

一種鎳鈷錳三元正極材料，所述鎳鈷錳三元正極材料的顆粒（此處的顆粒可以理解為三次顆粒）具有孿生或三生的中空結構。本方案中，具體地，所述鎳鈷錳三元正極材料的顆粒是由2～3顆具有中空結構的二次顆粒融合形成，所述二次顆粒由殼體和殼體內的中空結構組成，所述殼體由一次顆粒構成。

上述的鎳鈷錳三元正極材料，優選的，所述鎳鈷錳三元正極材料的分子式為Li(Ni_xCo_yMn_z)_1-aM_aO₂，其中M為選自Sr、Al、W、Ti、Zr、V、Nb、B、Y和La中一種或多種元素，其中0.30≤x≤0.80，0.00＜y≤0.30，x+y+z=1，0.00≤a≤0.05。

上述的鎳鈷錳三元正極材料，優選的，所述鎳鈷錳三元正極材料的顆粒由2～3顆具有中空結構的二次顆粒構成的聚集體融合而成；

所述融合是指所述聚集體中相鄰二次顆粒接觸的殼層界面融合成一體，所述接觸的界面融合成一體形成所述相鄰二次顆粒共同的殼層部分，使相鄰二次顆粒具有部分共同的殼層；

所述二次顆粒的直徑為1.5～3.0μm。

上述的鎳鈷錳三元正極材料，優選的，所述鎳鈷錳三元正極材料是將具有中空結構的前驅體二次顆粒進行絡合反應，使2～3顆前驅體二次顆粒形成聚集體形態的前驅體，與Li源混合，經負壓燒結，即得。

作為一個總的發明構思，還提供一種鎳鈷錳三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將具有中空結構的鎳鈷錳三元正極材料前驅體（即鎳鈷錳三元正極材料前驅體的二次顆粒為中空結構二次顆粒）加入到含氨水和NaOH的水溶液中，進行反應，然后經固液分離、洗滌和烘干，得到由2～3顆二次顆粒形成的聚集體形態的前驅體；

（2）將所得前驅體與Li源混合，再于含氧氣氛下進行燒結，燒結氣壓為負壓，即得。