[发明专利]一种三元前驱体及其制备方法、三元材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供一种三元前驱体，其表达式为Ni_XCo_YMn_Z(OH)₂（x+y+z=1，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1），所述三元前驱体是由一次颗粒团聚形成的二次颗粒，一次颗粒呈片状结构，且片状结构平均长度为10‑100nm，平均厚度为10‑20nm；二次颗粒的平均粒径为10‑50μm。一次颗粒的粒径较现有技术中的小，团聚生成的二次颗粒有着相对较大的比表面积，在制备三元正极材料时，使得前驱体与锂源的接触更为充分，烧结时锂源更容易进入三元结构中，从而可得到电池循环性能好的正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，尤其涉及一种三元前驱体及其制备方法、一种三元材料及其制备方法、一种锂离子电池。

背景技术

新能源汽车的普及，使得人们对于电池能量密度有着更高的要求。镍钴锰三元材料因其优异的导电性能、高的能量密度以及相对廉价的原材料，而被广泛用做锂电池正极材料用于新能源汽车中。而对于电池性能的评判不仅仅只关注电池的能量密度，电池的循环性能以及电池的安全性能等也是考察电池的关键因素。三元正极材料虽然有着高的比容量，但是现有的三元材料多为细小的一次颗粒团聚而成的较大的二次颗粒，一次颗粒的粒径一致性较差，使得在充放电过程中一次颗粒容易过充过放，导致材料容量衰减，电池寿命减少。且由于一次颗粒间存在间隙，使得团聚成的二次颗粒在极片辊压中容易破裂，在电池充放电循环中，也易出现裂纹，导致电池安全性能变差，循环寿命变短。

而单晶三元材料，可有效避免上述问题的出现，因为单晶三元材料是由较大的一次颗粒组成，不存在二次团聚体，且单晶三元由于单个颗粒间无缝隙，使得在电池充放电循环中不易产生气体，安全性更高。但单晶三元材料本身会因镍含量的增大，而易发生锂镍混排，导致放电性能不佳。同时，单晶三元在高温情况下容易造成单晶材料的裂解和腐蚀，进而影响电池循环寿命。

发明内容

为解决现有中单晶三元材料存在高温循环性能不佳、安全性能不好的问题，本发明提供了一种三元前驱体及其制备方法、三元材料及其制备方法、锂离子电池，使得三元材料不仅具备优异的放电性能，也解决了安全问题和高温循环性能不佳的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种三元前驱体，所述三元前驱体的表达式为Ni_XCo_YMn_Z(OH)₂（x+y+z=1，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1），所述三元前驱体是由一次颗粒团聚形成的二次颗粒，所述一次颗粒呈片状结构，所述片状结构平均长度为10-100nm，所述片状结构的平均厚度为10-20nm，所述二次颗粒的平均粒径为10-50μm。

与现有技术相比，本发明所提供的三元前驱体是由一次颗粒团聚得到的二次颗粒，且一次颗粒的粒径较现有技术中的小，团聚生成的二次颗粒有着相对较大的比表面积，在制备三元正极材料时，使得前驱体与锂源的接触更为充分，烧结时锂源更容易进入三元结构中；此外，一次颗粒团聚在一起，在烧结制备正极材料时，由于颗粒间距离短，一次小颗粒更容易紧密长在一起，从而形成大的正极材料二次颗粒，且锂离子和镍离子在原子结构中互相取代能力相应减少，因而锂镍混排程度也降低。不仅如此，粒径较大的三元前驱体二次颗粒，相对比表面积小，颗粒的流动性可进一步得到改善，同时也降低表面吸附性能，吸水性也降低，在存储、极片加工等后续过程中都有着较大的优势。

第二方面，本发明提供了一种三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制特定浓度的含镍盐、钴盐、锰盐的混合盐溶液和特定浓度的碱溶液和PH调节剂；

（2）将步骤（1）所配制的混合盐溶液、碱溶液和PH调节剂混合反应并进行砂磨，得到溶液A；

（3）将步骤（2）所得的溶液A与聚合剂混合，并在特定温度和压强下进行反应，得到溶液B；