[发明专利]一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料的制备方法，包括如下步骤：将上述技术方案所述的制备方法制备的含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体与锂源混合，煅烧得到正极材料。其中含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：A)将镍源和钴源的混合液与锰源溶液共同进料，并与沉淀剂和络合剂混合，发生共沉淀反应；B)停止步骤A)中锰源溶液进料，将铝源溶液与所述镍源和钴源的混合液共同进料，发生共沉淀反应；重复步骤A)、B)0～4次，得到含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体。本发明通过共沉淀法将锰和铝交替掺杂，充分发挥掺杂元素的稳定结构的作用，最终制备得到的正极材料电池容量高，循环性能好。成本低，应用范围广。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料及其制备方法。

背景技术

便携式电子和电动汽车主要采用锂离子电池作为储能装置，随着其对续航力要求的不断提高，锂离子电池也相应的需要更高的容量、更好的安全性、更长寿命等特点。在锂离子电池的所有组件中，尤其是发明超浓缩电解质后，电极材料成为提高其能量密度的主要瓶颈。一个很有前途的的三元正极材料：LiNi_1-2xCo_xMn_xO₂(NCM)，在电压为3.0～4.3V范围内时，比电容仅为130～150mAh/g，且具有较长的周期和循环寿命。并且有报道指出，当该材料电池容量的增加，不影响其使用寿命。因此，三元NCM正极材料，在提高电池容量方面已经在学术界和工业界引起了极大的研究兴趣。如阳离子/阴离子掺杂、涂层、浓度梯度的设计等等，然而，改良三元NCM前驱体材料的实际能力仍低于200mAh/g，且改良后的三元NCM材料的结构稳定性和循环性能也大大降低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料，本发明制备得到的上述正极材料电池容量高，循环性能好。

本发明提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料，化学分子式为Li(Ni_xCo_yMn_zAl_v)O₂，其中，1≥x≥0.6，0.1≥y≥0.05，0.1≥z≥0，0.1≥v≥0。

本发明提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体，包括镍钴锰共沉淀内层和设置于所述内层外的镍钴铝共沉淀外层。

本发明提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：

A)将镍源和钴源的混合液与锰源溶液共同进料，并与沉淀剂和络合剂混合，发生共沉淀反应；

B)停止步骤A)中锰源溶液进料，将铝源溶液与所述镍源和钴源的混合液共同进料，发生共沉淀反应；

重复步骤A)、B)0～4次，得到含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体。

优选的，所述镍源和钴源的混合液的进料速度为200～800mL/h；所述锰源溶液的进料速度为20～90mL/h；所述铝源溶液的进料速度为20～90mL/h；所述镍源和钴源的混合液的质量浓度为0.5～3mol/L；锰源溶液的浓度为0.1～1mol/L；铝源溶液的浓度为0.1～1mol/L。

优选的，所述镍源选自硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的一种或几种；所述钴源选自硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的一种或几种；所述锰源选自硫酸锰、硝酸锰和氯化锰中的一种或几种；所述铝源选自硫酸铝、硝酸铝、氯化铝和偏铝酸钠中的一种或几种；所述沉淀剂选自氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或几种；所述络合剂选自氨水和铵盐中的一种或几种。

优选的，步骤A)所述反应pH值为10～12；所述反应在搅拌的下进行；所述搅拌速度为400～850r/min。

优选的，步骤A)所述反应温度为40～60℃；所述反应时间为0.5～20h。