[发明专利]锂镍钴正极材料粉体

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂镍钴正极材料粉体，更具体而言，涉及一种由粉体颗粒表面纳米粒子至粉体颗粒核心纳米粒子具有不同化学剂量比例的结构的锂镍钴氧化物。

背景技术

由于现今3C科技的蓬勃发展与环保意识的抬头，使得电动车日渐重要；然而不论是哪种电池应用系统，其主要需求目标仍是追求具高能量密度的锂离子电池，其体积能量密度需求已大于400Wh/L，而目前锂钴正极材料系统的锂电池体积能量密度只有320～350Wh/L，且已无性能提升空间，遂有利用能量密度高、成本较低且较无毒性的锂镍正极材料来取代锂钴正极材料的研究出现，但是其热稳定性与结构稳定性不佳，导致安全性不好，很难被运用在锂电池上。锂电池的正极材料，不但会影响电池性能，也是决定电池安全性的重要因素。因此好的锂电池正极材料，除了克电容量要高以外，最重要是材料热稳定性佳，即材料安全性好，才能被应用于正极材料。为了改善锂镍正极材料的问题，有学者将结构较稳定的钴离子掺入锂镍氧化物中取代部分镍离子，合成出锂镍钴正极材料，藉此改善锂镍正极材料的结构稳定性与热稳定性，且随着材料中掺入钴的含量越高，材料的安全性就越好，但是电容量却会降低，而失去了原本追求具备高能量密度的锂离子电池的目标。

目前全世界并没有大量商品化锂镍钴正极材料的原因，主要的关键在于安全性问题仍未解决，为了解决这个问题，一些研究单位或材料制造商会选择将他种金属离子植入锂镍钴材料的结构中，增加材料结构的稳定度，虽然结构会相较于纯的锂镍钴材料稳定，安全性有提升，但是电容量会因材料内电阻提高而有明显的降低。

近年来也有一些学者将锂镍钴正极材料表面修饰一层纳米级的保护层，避免材料与电解液产生反应，造成结构崩坏，此种方法虽能降低材料的放热量，但是无法提高放热温度，而且材料大量制造及镀层技术较不易操作。

目前也有学者在研究以锂镍钴氧化物做为正极材料核心，再将材料表面覆盖一层较具热稳定性的正极材料做为保护壳层，例如锂镍钴锰氧化物或锂镍锰氧化物，保护壳层厚度约1～2μm，形成一种核-壳结构的复合正极材料，此种结构虽能有效提升材料的安全性，但也可能造成材料内部界面阻抗增加，使材料在大电流放电的效能降低，而且此种结构的材料在大量制造上的合成质量不易掌握。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锂镍钴正极材料粉体，包括多个粉体颗粒，每一粉体颗粒皆由多个纳米粒子所构成，每一粉体颗粒包括一锂镍钴氧化物，其化学组成表示为Li_aNi_1-bCo_bO₂，该粉体颗粒平均化学剂量符合0.9≤a≤1.2，0.1≤b≤0.5的条件，且该粉体颗粒表面的纳米粒子至该粉体颗粒核心的纳米粒子具有一不同化学剂量比例的结构。

所述的锂镍钴正极材料粉体，不同化学剂量比例的结构包括Li含量由粉体颗粒表面的纳米粒子朝向粉体颗粒核心的纳米粒子均匀分布，Ni含量由粉体颗粒表面的纳米粒子朝向粉体颗粒核心的纳米粒子增加，以及Co含量由粉体颗粒表面的纳米粒子朝向粉体颗粒核心的纳米粒子减少。

所述的锂镍钴正极材料粉体颗粒表面的纳米粒子的化学组成表示为Li_xNi_1-yCo_yO₂，其中0.9≤x≤1.2，0.15≤y≤1.0，而该颗粒核心的纳米粒子的化学组成表示为Li_x’Ni_1-y’Co_y’O₂，其中0.9≤x’≤1.2，0≤y’≤0.3，并且x＝x’且y＞y’。

所述的锂镍钴正极材料粉体，其中所述纳米粒子的粒径在30～700nm的范围内；而粉体颗粒的平均粒径(D₅₀)在0.5～25μm的范围内。此外，粉体颗粒为R-3m菱面体，粉体的振实密度至少大于1.5g/cm³，比表面积在0.1～20m²/g的范围内。

因此，本发明的锂镍钴正极材料粉体由不同化学剂量比例的纳米粒子所组成，粉体颗粒表面纳米粒子的Co含量比例较高，使得粉体颗粒外层纳米粒子偏向高热稳定性型态，而粉体颗粒核心纳米粒子的Ni含量比例较高，因此是高电容量型态，所以本发明的锂镍钴正极材料粉体能够同时具备高稳定性及高电容量的优点，如此达到同时具备高安全性与高能量密度的目的，适合用于锂电池正极材料。

附图说明

图1为依据本发明的锂镍钴正极材料粉体颗粒的结构示意图；