[发明专利]一种用于锂离子二次电池的三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子二次电池三元正极材料及其制备方法，本发明方法能提高锂离子二次电池三元正极材料在低温条件下的电子电导率与离子电导率，进而改善三元正极材料的低温输出特性。所述制备方法，包括如下步骤：1)向中位粒径为3～5μm三元前驱体A中加入金属氧化物并加入锂源得到物料A；向中位粒径为8～12μm的三元前驱体B中加入金属氧化物并加入锂源得到物料B；烧结得到一烧材料A和B；2)分别加入明胶水溶液中，经搅拌烘干得到凝胶A与凝胶B；3)将冷冻干燥后的凝胶A与B焙烧，得到表面包覆有不同包覆量的导电碳的二烧材料A和B；4)将二烧材料A和B进行批混，得到锂离子二次电池三元正极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，特别是涉及一种性能优异的高镍三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池以其高的放电比容量、长的循环寿命、低的自放电率、良好的环境友好性的特点，自问世以来迅速应用到人们的生产和生活的方方面面。然而，随着新能源产业的快速发展，动力电池对能量密度、安全性、循环寿命都提出了更高的要求，常规的锂离子电池因此也面连着巨大的挑战。目前，三元材料以其高的放电比容量和能量密度，受到广泛的关注。

三元材料是由不同粒径大小的微球组成，其中粒径大的微球比表面积较小，在电池循环过程中发生的副反应较少，有利于电池安全性的提高；但由于比表面积较小，粒径大的微球其锂离子传导效率较低，不利于电池在低温条件下容量的发挥。粒径小的微球正好相反，其比表面积较大，有利于锂离子的快速传导，从而提高材料的倍率性能，有利于电池在低温条件下循环性能的提高；但同样，粒径小的微球比表面积较大，容易发生副反应，对电池安全性造成危害。

目前三元材料存在循环寿命短及安全性差等缺陷，尤其是在低温条件下，三元材料放电容量与循环稳定性会大幅度衰减。如何提高三元材料在低温条件下的循环稳定性成为人们关心的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于锂离子二次电池的三元正极材料的制备方法，基于该方法，体相掺杂与表面包覆协同作用，能降低锂离子二次电池三元正极材料在低温条件下的电荷转移阻抗，进而改善三元正极材料的低温输出特性。

本发明为达到其目的，提供一种用于锂离子二次电池的三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)向中位粒径为3～5μm的三元前驱体A中加入金属氧化物并混合均匀，然后加入锂源并混合均匀得到物料A；向中位粒径为8～12μm的三元前驱体B中加入金属氧化物并混合均匀，然后加入锂源并混合均匀得到物料B；并且向三元前驱体A中加入的所述金属氧化物的质量比例和向所述三元前驱体B中加入的所述金属氧化物的质量比例不同，优选向三元前驱体A中加入的所述金属氧化物的质量比例大于向所述三元前驱体B中加入的所述金属氧化物的质量比例；优选的，向三元前驱体A和三元前驱体B中加入的所述金属氧化物的质量比例分别为100～5000ppm和100～4000ppm；

所述物料A在氧气气氛下于730～780℃焙烧3～20h，所述物料B在氧气气氛下于780～810℃焙烧3～20h，分别相应得到金属元素掺杂量不同的一烧材料A和一烧材料B；

2)将所述一烧材料A加入明胶水溶液A中，将所述一烧材料B加入明胶水溶液B中，分别搅拌10～30分钟，然后在80～120℃条件下烘干(具体如在80～120℃条件下干燥5～20h)，烘干后得到相应的凝胶A与凝胶B，然后将凝胶A与凝胶B冷冻干燥(具体如冷冻干燥5～30h)；其中，所述明胶水溶液A和明胶水溶液B中的明胶质量分数不同，优选所述明胶水溶液A的明胶质量分数小于所述明胶水溶液B中的明胶质量分数；优选的，所述明胶水溶液A和明胶水溶液B的明胶质量分数分别为0.1％～5％和0.1％～10％；

3)将冷冻干燥后的凝胶A与凝胶B分别在惰性气体(例如氮气)保护下于300～800℃焙烧3～10小时，明胶原位转化为导电碳材料，相应得到表面包覆有不同包覆量的导电碳的二烧材料A和二烧材料B；