[发明专利]一种核壳结构的动力电池材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构的动力电池材料，包括内核和外壳；内核化学式为：LiNi_xCo_yMn_1‑x‑yA_aO₂，式中，0.4≤x≤1，0≤y≤0.4，0a≤0.03，A为金属镁、铝、锶或镧中的至少一种；外壳化学式为：LiNi_iCo_jMn_1‑i‑jB_b，式中，0.2≤i0.8，0.1≤j0.7，0b≤0.1，M为氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化锶、氧化镧或氧化钇中的至少一种。本发明的制备方法为双覆动力电池材料的逆向产品定位设计与工程方法，通过金属喷雾造粒、水热结晶沉积和氧弹高压烧结三个关键步骤制备得到具有核壳结构的电池正极三元材料。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及一种核壳结构的动力电池材料及其制备方法。

背景技术

据工信部数据，2019年，新能源汽车产销分别完成124.2万辆和120.6万辆。其中，纯电动汽车产销分别完成102万辆和97.2万辆，在新能源汽车产业带动下，动力电池产业得到飞速发展。

锂离子电池因平台电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、绿色环保等优势被广泛应用于动力电池。镍钴锰酸锂三元材料具有高比容量、高能量密度和功率密度，性能稳定逐步成为动力电池的主流正极材料。

传统产业化生产三元材料方法是将前驱体材料与锂源机械混匀后，以匣钵盛装后置于辊道窑中进行高温烧结使其反应生成镍钴锰酸锂正极材料。由于是氧气为常压，位于匣钵内部的粉体烧结过程与氧气接触不充分，难以对内部粉体进行彻底氧化，对正极材料性能有较大影响，对于高镍材料尤为严重。同时，传统工艺采用共沉淀法制造前驱体，其前驱体整体疏松，密度较小，且难以得到致密的核壳型前驱体。并且，由于辊道窑属于开放式窑炉，氧气通入后不能长时间停留，而烧结高镍三元材料要求高浓度氧气，为维持在烧结全程高纯氧气气氛，生产时需要不停地通入大量氧气，氧气耗量非常大。

为了改善材料的容量性能或循环性能，需要在三元材料中掺杂一定量的金属元素。传统的生产工艺是在烧结阶段，将前驱体、碳酸锂和掺杂金属物质混合一起烧结，该工艺难以将掺杂金属与前驱体从原子级别上彻底混匀，更不能实现材料内层和外层不同掺杂元素，局限性明显。

因此，亟需提供一种可从原子级别上彻底混匀，并实现材料内层和外层不同掺杂元素的具有核壳结构的动力电池材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种核壳结构的动力电池材料及其制备方法，本发明制备的核壳结构的动力电池材料具有密度高、容量高和寿命长的优点。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种核壳结构的动力电池材料，包括内核和外壳；所述内核化学式为：Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)A_aO₂，式中，0.4≤x≤1，0≤y≤0.4，0a≤0.03，A为金属镁、铝、锶或镧中的至少一种；所述外壳化学式为：Li(Ni_iCo_jMn_1-i-j)B_b，式中，0.2≤i0.8，0.1≤j0.7，0b≤0.1，B为氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化锶、氧化镧或氧化钇中的至少一种。

优选地，所述核壳结构的动力电池材料的镍、锰浓度呈梯度分布，Ni的浓度从内到外逐渐减小，Mn的浓度从内到外逐渐增大。

一种核壳结构的动力电池材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属镍、钴、锰和锂混合，再加入内核掺杂金属A，得到混合物料，加热熔融，喷雾造粒，制得镍钴锰锂合金颗粒；

(2)将镍钴锰锂合金颗粒通入氧气中，反应，制得合金氧化物颗粒；