[发明专利]一种核壳结构三元正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种核壳结构三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）配制含镍量较高的可溶性金属盐溶液，混合均匀后进行喷雾干燥，收集的粉体低温煅烧后进行球磨，制得高镍内核前驱体Ⅰ；（2）配制含镍量较低的可溶性金属盐溶液，将内核前驱体Ⅰ分散于其中，进行二次喷雾干燥，收集的粉体低温煅烧后进行球磨，制得核壳结构前驱体Ⅱ；（3）氧气氛围下对核壳结构前驱体Ⅱ进行煅烧，冷却过筛后即得目标产物。该法较大程度改善了材料内部元素分布不均及表面残碱偏高的现象，提升了材料结构稳定性及循环性能。此外，该法工艺简单，生产效率高，易于实现工业化。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体是一种核壳结构三元正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压范围宽、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应等特点，在便携式电子设备、电动汽车行业、电力储能、智能电网、无人机科技等领域得到广泛应用。然而，在锂离子电池正极材料的制备过程中仍然存在着一些问题，制约着电池行业的发展。

镍钴铝酸锂（NCA）/镍钴锰酸锂(NCM)作为目前商业化较为成熟的三元正极材料，其能量密度高，价格低，安全性好，受到电池行业的广泛认可。目前，制备三元正极材料的主流方法有高温固相法、溶胶凝胶法、水热法、共沉淀法等。高温固相法工艺简单，生产成本低，但该法不能达到原子级别的混合，产品一致性较差。溶胶凝胶法及水热法制备工艺相对繁琐，成本较高，不适合大规模商业化生产。共沉淀法制备材料过程中，由于锰与镍、钴的溶度积相差2个数量级，铝与镍、钴的溶度积相差18个数量级，因此镍钴与锰/铝很难同时均相沉淀，导致材料内部元素分布不均，较大程度影响材料的结构稳定性。其次，高镍材料表面残碱偏高，易于与H₂O及CO₂发生化学反应，降低了材料的储存性能，加剧了材料与电解液间的副反应，进而引发电池使用过程中的胀气现象。

针对上述问题，中国专利CN103094546A采用共沉淀法，利用NaAlO₂在共沉淀反应过程中能够缓慢水解形成Al(OH)₃的特性，以其作为铝盐，以达到各元素的均相沉淀。但NaAlO₂溶液本身不稳定，易析晶，从而导致所得产物各成分含量与设计值的偏差。中国专利CN106532035A以三元氢氧化物前驱体为原料，针对高镍体系材料采用剪切包覆低镍材料改善材料表层pH及残碱问题，进而提升了材料的循环性能，然而制备得到氢氧化物前驱体原料本身需要一定工艺操作，制备周期长，且需要后续固相配锂及固相剪切包覆，难以保证各元素分布的均一性。因此，有必要开发一种新的制备方法，对材料各方面进行改进，以提升其电化学性能。

发明内容

本发明提出了一种核壳结构三元正极材料的制备方法，采用喷雾干燥-高温烧结相结合设计一种简单的工艺路线，较大程度改善了材料内部元素分布不均及表面残碱偏高的现象，提升了材料结构稳定性及循环性能。此外，该法工艺简单，生产效率高，易于实现工业化。

实现本发明的技术方案是：一种核壳结构三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）高镍内核三元前驱体的制备：将金属镍、钴、锂及M的可溶性金属盐配制成金属盐溶液，其中M为铝或锰的任意一种，对金属盐溶液进行喷雾干燥，将得到的粉体在空气氛围下进行低温煅烧和高能球磨处理，得到内核前驱体材料Ⅰ；

（2）核壳结构三元前驱体的制备：将金属镍、钴、锂及M的可溶性金属盐配制成金属盐溶液，其中M为铝或锰的任意一种，加入分散剂，搅拌均匀后加入步骤（1）得到的内核前驱体材料Ⅰ，形成均一溶液，将均一溶液进行二次喷雾干燥处理，将得到的粉体在空气氛围下进行低温煅烧和高能球磨处理，得到分散均匀的核壳结构前驱体材料Ⅱ；

（3）核壳结构三元正极材料的制备：将核壳结构三元前驱体材料Ⅱ转移至煅烧炉，在氧气氛围下进行低温煅烧，然后进行高温煅烧，自然冷却后破碎过筛即得目标产物。