[发明专利]一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本公开涉及一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法、锂离子电池，该三元正极材料的颗粒表面为片层结构，片层结构具有堆积的多个片层单元；片层单元的片层厚度为100‑200nm，片层长度约300‑600nm；三元正极材料的D₁₀为1400‑1800nm，三元正极材料的D₉₀为2900‑3300nm，三元正极材料的D₅₀为2000‑2500nm，三元正极材料的比表面积为18000‑35000cm²/g。本公开的锂离子电池正极材料较传统二次球小颗粒间更紧密的结合而具有更好的机械强度，而且其独特的分级片层结构具有比单晶材料更丰富的表面，增大了电极/电解液界面，更有利于锂离子的嵌入/脱出过程，从而具有更高容量的发挥。

技术领域

本公开涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

随着锂离子电池市场的高速扩展，加上三元正极材料在高比容量方面的优势，三元正极材料的需求量日益增大。目前常规的三元正极材料，常见的颗粒形貌为大单晶型、二次球型。不同的形貌有着不同的性能表征特点，根据材料的使用场景不同，可选用最适合的特定形貌的三元正极材料。目前三元正极材料生产的工艺方法主要是高温固相法，现市场上大多厂家生产的是大单晶状和二次球状的三元正极材料，多用于动力电池的制造。

但是，二次球型颗粒容易在辊压以及电池循环过程中出现二次球破碎的情况，大单晶型颗粒则对电池循环过程中锂离子的嵌入/脱出有限制，均不利于三元正极材料容量的发挥。

发明内容

本公开的目的是为了克服现有三元正极材料在机械强度及电化学性能上存在的问题，提供一种机械强度和电化学性能较好的三元正极材料。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种锂离子电池三元正极材料，该三元正极材料的颗粒表面为片层结构，所述片层结构具有堆积的多个片层单元；所述片层单元的片层厚度为100-200nm，长度为300-600nm；所述三元正极材料的D₁₀为1400-1800nm，所述三元正极材料的D₉₀为2900-3300nm，所述三元正极材料的D₅₀为2000-2500nm，所述三元正极材料的比表面积为18000-35000cm²/g。

可选地，所述三元正极材料含有三元活性组分，所述三元活性组分含有化学式为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂的物质，其中，0.6≤x≤0.9，0.05≤y≤0.2；以所述三元正极材料的总重量为基准，所述三元活性组分的含量为98.5-99.9重量％。

可选地，所述三元正极材料还含有Bi元素和V元素，所述Bi元素与所述V元素的摩尔比为(0.5-0.8)：(0.2-0.5)。

为了实现上述目的，本公开第二方面提供一种制备本公开第一方面所述的锂离子电池三元正极材料的方法，该方法包括：将三元正极材料前驱体、锂源与添加剂混合并进行煅烧处理；所述添加剂含有V₂O₅和Bi₂O₃。

可选地，所述锂离子电池三元正极材料的锂化比值为1.005-1.1；以所述锂离子电池三元正极材料的总重量为基准，所述添加剂的用量为0.1-1.5重量％。

可选地，所述添加剂中Bi元素与V元素的摩尔比为(0.5-0.8)：(0.2-0.5)；所述锂源包括单水氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂和醋酸锂中的一种或几种，所述三元正极材料前驱体的粒径为2000-6000nm。

可选地，所述煅烧处理的条件包括：所述煅烧在纯氧氛围中进行，所述煅烧的温度为650～950℃，进行所述煅烧处理的时间为10～30h。