[发明专利]一种NCM三元复合正极材料及其制备和应用

说明书

本发明属于正极材料技术领域，具体公开了一种NCM三元复合正极材料，其包括质量比为6:4～9:1的三元材料和二元材料；所述的三元材料的化学式为：LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中，0.6≥x≥0.3,0.3≥y≥0.2,0.3≥Z≥0.2,x+y+z＝1；且其粒径分布符合D10＝6～8μm，D50＝9～12μm，D90＝13～15μm；所述的二元材料的化学式为：LiNi_aMn_bO₂，其中，0.8≥a≥0.5,0.5≥b≥0.2,a+b＝1；且其粒径分布符合D10＝1～3μm，D50＝3～5μm，D90＝5～7μm。本发明还提供了所述的复合正极材料的制备方法和在锂离子电池中的应用。本发明创新地通过二元正极材料对三元正极材料掺杂改性，并对二者成分、比例以及粒度分布进行精准控制，从而可以协同改善复合正极材料的循环保持率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及锂离子电池正极材料。

背景技术

三元正极材料，例如NCM111、NCM523、NCM622已经被广泛应用于汽车动力电池领域。考虑到这三种材料的钴含量都大于20％，导致材料价格受钴价格波动较大。另外，三元正极材料的单一使用会不同程度地受到能量密度、循环性能、倍率性能安全性能等方面的影响，致使正极材料无法更好地满足电芯产品的多功能化要求。

为了改善三元正极材料的性能，多种材料改善技术被提出。专利CN201510072339.7、专利CN201611208558.4、专利CN201610102801.8通过采用两种粒径的镍钴锰氢氧化物前驱体，按照一定的比例进行混合后添加锂源，高温烧结合成高压实三元正极材料。这三个专利虽然方法略有不同，但是本质上都是将不同粒径的前驱体混合后再进行烧结，改善材料的压实密度，但是这种方法缺点也很明显：不同粒径大小的前驱体的配锂烧结温度会略有差异，导致小颗粒材料过烧，或者是大颗粒材料的烧不透的现象。另外一种主流的方法是先将不同粒径的前驱体分别进行配锂烧结，得到正极材料后，再通过控制两种比例进行混合。专利CN201710057813.8、专利CN201610638638.7都是通过将两种不同粒径的镍钴锰(铝)正极材料进行混掺制备得到高压实高循环性能的三元复合材料。但这类专利没有注重D90、D50、D10的范围对混合材料压实的重要影响。此外，三元正极材料之间的混掺并不能减少钴的使用量以降低材料的成本。

发明内容

为解决现有技术存在的步骤，本发明第一目的在于，提供一种NCM三元复合正极材料，旨在获得一种具有良好电学循环稳定性的正极材料(本发明也简称复合正极)。

本发明第二目的在于，提供一种NCM三元复合正极材料的制备方法。

本发明第三目的在于，提供一种所述的NCM三元复合正极材料在锂离子电池中的应用方法。

一种NCM三元复合正极材料，包括质量比为6:4～9:1的三元材料和二元材料；

所述的三元材料的化学式为：LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中，0.6≥x≥0.3,0.3≥y≥0.2,0.3≥Z≥0.2,x+y+z＝1；且其粒径分布符合D10＝6～8μm，D50＝9～12μm，D90＝13～15μm；

所述的二元材料的化学式为：LiNi_aMn_bO₂，其中，0.8≥a≥0.5,0.5≥b≥0.2,a+b＝1；且其粒径分布符合D10＝1～3μm，D50＝3～5μm，D90＝5～7μm。

本发明创新地发现，利用二元正极材料对三元正极材料掺杂改性，且对二者成分、比例以及粒度分布进行精准控制，可以协同改善复合正极材料的循环保持率。