[发明专利]高镍低钴夹心结构碳酸盐前驱体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了高镍低钴夹心结构碳酸盐前驱体及其制备方法和应用，前驱体包括：内核，所述内核材料的化学式为Ni_x1Co_y1Mn_{(1‑x1‑y1)}CO₃，x₁为0.75～0.92，y₁为0.01～0.15；外壳层，所述外壳层包覆在所述内核至少一部分外表面上，所述外壳层材料的化学式为Ni_x2Co_y2Mn_{(1‑x2‑y2)}CO₃，x₂为0.7～0.92，y₂为0.01～0.15。该夹心结构的碳酸盐前驱体具有粒度分布窄、流动性好、电化学性能优异的优势，并且在无氨体系和有氨体系下均可稳定生产，特别是在无氨体系下，即没有含氨废水产生，对环境友好，并且该结构的前驱体可以在较低的温度下实现高镍材料的完整转化和结晶，避免了高温煅烧过程中阳离子的混排导致其循环过程中局部结构塌陷的问题，从而使制备得到的正极材料具有较高的比容量以及优异的循环性能和电化学性能。

技术领域

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种高镍低钴夹心结构碳酸盐前驱体及其制备方法和应用。

背景技术

随着技术的进步，虽钴酸锂电池容易合成、性能稳定，但是因钴价昂贵、钴资源匮乏，使得钴酸锂电池的商业时代已不复存在，而低钴和无钴正极材料将成为未来的一个发展方向。近年来，三元材料锂离子电池材料得到了迅速发展，高品质的高镍低钴三元前驱体及正极材料的开发成为了热点，市场长普遍采用氢氧化物前驱体作为原料烧结成正极材料，而碳酸盐三元前驱体及其正极材料的研究相对比较少，目前报道的碳酸盐前驱体存在颗粒均一度不够、粒度分布不均匀以及流动性不好的问题，导致其无法连续生产。而现有的工艺大多采用碳酸氢铵作为沉淀剂合成碳酸盐前驱体，对于普通的三元前驱体及正极材料体系，这种方案可行，但对于高镍系产品往往达不到很好的效果，形貌、粒度大小、粒度分布等均得不到很好的控制，而且存在含氨废水处理相关的环保等问题。

同时，对于正极材料，通常高镍三元正极材料因高温煅烧氧化容易产生部分的Ni二价金属离子与锂离子混排，在循环的过程中容易产生局部结构塌陷而不稳定，造成最终材料的比容量下降，循环性变差。通常750℃及纯氧气氛可以满足高镍材料的完整转化与结晶，但是温度过高就会加剧阳离子混排。

因此，如何降低碳酸盐前驱体材料特别是大颗粒材料的煅烧温度是提高材料性能的一个方向。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高镍低钴夹心结构碳酸盐前驱体及其制备方法和应用，该夹心结构的碳酸盐前驱体具有粒度分布窄、流动性好、电化学性能优异的优势，并且在无氨体系和有氨体系下均可稳定生产，特别是在无氨体系下，即没有含氨废水产生，对环境友好，并且该结构的前驱体可以在较低的温度下实现高镍材料的完整转化和结晶，避免了高温煅烧过程中阳离子的混排导致其循环过程中局部结构塌陷的问题，从而使制备得到的正极材料具有较高的比容量以及优异的循环性能和电化学性能。

在本发明的一个方面，本发明公开了一种高镍低钴夹心结构碳酸盐前驱体。根据本发明的实施例，所述前驱体包括：

内核，所述内核材料的化学式为Ni_x1Co_y1Mn_(1-x1-y1)CO₃，x₁为0.75～0.92，y₁为0.01～0.15；

外壳层，所述外壳层包覆在所述内核至少一部分外表面上，所述外壳层材料的化学式为Ni_x2Co_y2Mn_(1-x2-y2)CO₃，x₂为0.7～0.92，y₂为0.01～0.15。