[發明專利]一種球形高電壓鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請號: 202310148138.5
• 申請日: 2023-02-15
• 公開（公告）號: CN116247197B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 馬巖華;賽喜雅勒圖;陳鵬鹛;陳靜波;王劍鋒
• 申請（專利權）人: 安徽博石高科新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 北京信遠達知識產權代理有限公司 11304
• 代理人: 王會會

本發明提供了一種鎳錳酸鋰正極材料，所述鎳錳酸鋰正極材料具有球形體顆粒形貌；所述球形體顆粒形貌為由截角八面體形貌的一次顆粒堆疊形成的球形體二次顆粒形貌。本發明提供的一種截角八面體一次顆粒組成的球形高電壓鎳錳酸鋰材料，一次顆粒具有特定的形狀和排列方式，這種截角八面體密堆構成的球形鎳錳酸鋰材料，能夠減小材料的空隙率和比表面積，提高材料的壓實性能、倍率性能和循環性能，尤其是高溫循環性能優異。同時本發明球形體二次顆粒的表面(111)晶面緊密排列，進一步減小了一次顆粒間的空隙，減小了材料的比表面積，保證球形二次顆粒表面和內部的最大堆積，可以提高材料的壓實密度。

技術領域

本發明屬于鎳錳酸鋰正極材料技術領域，涉及一種鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法、鋰離子電池，尤其涉及一種球形高電壓鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型儲能裝置，具有工作電壓高、循環壽命長、無記憶效應等優點，為3C數碼類產品、航模、電動工具和電動汽車等器件提供電力能源。隨著應用領域的不斷擴展，人們迫切需要鋰離子電池能夠具有更大的能量密度和功率密度，而正極材料作為鋰離子電池的關鍵組成部分之一，直接影響鋰離子電池的性能。高電壓鎳錳酸鋰由于較高的放電電壓、較高的能量密度和較低的生產成本，受到了研究技術人員的廣泛關注。但是，目前商業化鎳錳酸鋰正極材料還存在與電解液產生副反應、錳離子的溶解、循環性能和倍率性能較差的問題，而材料形貌控制是改善這些問題的方法之一。

現有技術中也公開了一些相應的改進方案，如專利CN106684350中公開了一種高電壓正極材料鎳錳酸鋰的制備方法，采用草酸鹽和碳酸鹽同時作為沉淀劑，通過共沉淀法得到草酸/碳酸鎳錳復合前驅體，預燒后分散于氫氧化鋰的水溶液中進行噴霧干燥，高溫煅燒得到高電壓正極材料鎳錳酸鋰。所制備的材料形貌成球形，具有高電壓、高振實、高容量、倍率性能優良等優點，但是這種球形形貌的鎳錳酸鋰材料表面存在較多的空隙結構，壓實密度較低，在極片壓實過程中容易破碎導致電池性能變差；材料比表面積較大，在高溫循環過程中容易發生錳離子的溶解，導致循環性能變差。

因此，如何找到一種更為適宜的形貌的鎳錳酸鋰正極材料，解決目前現有研究中存在的上述技術問題，已成為業內諸多一線研究人員及研發型企業廣為關注的焦點之一。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種鎳錳酸鋰正極材料及其制備方法、鋰離子電池，特別是一種球形高電壓鎳錳酸鋰正極材料。本發明提供的鎳錳酸鋰正極材料，是一種由截角八面體一次顆粒組成的球形高電壓鎳錳酸鋰材料，其一次顆粒具有特定的形狀和排列方式，這種截角八面體密堆構成的球形鎳錳酸鋰材料，能夠減小材料的空隙率和比表面積，提高材料的壓實性能、倍率性能和循環性能，尤其是高溫循環性能優異，而且工藝簡單，條件溫和易控，生產成本低，更加有利于大規模工業化生產的推廣和應用。

本發明提供了一種鎳錳酸鋰正極材料，所述鎳錳酸鋰正極材料具有球形體顆粒形貌；

所述球形體顆粒形貌為由截角八面體形貌的一次顆粒堆疊形成的球形體二次顆粒形貌。

優選的，所述截角八面體一次顆粒包括(100)晶面和(111)晶面；

所述(111)晶面總面積占鎳錳酸鋰正極材料外表面積的80％～99.9％。

優選的，所述(111)晶面的表面光滑平整；

所述(111)晶面與球形體二次顆粒的切面平行。

優選的，所述相接的(100)晶面與(111)晶面之間的棱長為棱長I，所述相接的兩個(111)晶面之間的棱長為棱長II，所述棱長Ⅰ與棱長Ⅱ的長度比為(0.01～1)：1；

所述鎳錳酸鋰包括尖晶石鎳錳酸鋰、尖晶石和層狀結構復合的鎳錳酸鋰。

優選的，所述鎳錳酸鋰正極材料的壓實密度為3.0～3.4g/cm³；