[发明专利]一种镍钴锰核壳结构前驱体及其制备方法、一种正极材料

说明书

本发明提出了一种镍钴锰核壳结构前驱体及其制备方法。所述前驱体内核致密，具有孔隙；外壳疏松，一次颗粒呈放射状排布在内核之上。该前驱体结构有利于混锂烧结过程中Li离子的扩散和电解液的渗入，在充放电过程中，为Li离子提供了快速迁移的通道，兼顾了振实密度与多孔的结构要求。采用湿法合成所述前驱体，反应过程分为第一阶段和第二阶段，根据前驱体内核部分的尺寸需求，确定第一阶段和第二阶段的切换点，并调整反应条件。所述制备方法工艺控制简单，在现有主流间断法工艺基础上，无新增成本，工艺适用范围广，产品结晶性较好，杂质Na、S含量低，前驱体内核尺寸可调。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体而言，涉及一种镍钴锰核壳结构前驱体及其制备方法，以及由所述镍钴锰核壳结构前驱体制备得到的正极材料。

背景技术

锂离子电池凭借其体积小、能量密度高、环保高效、无记忆效应等优点，在通讯设备、平板电脑、电动工具、电动交通工具、储能系统等领域中得到广泛的应用。正极材料是锂离子电池的关键组成部分，对电池性能起到了决定性的作用。近年来，镍钴锰三元材料以其能量密度高、循环性能好、安全经济等明显优势，成为了最有应用前景的动力电池材料。动力电池用的正极材料，不仅需要高的能量密度，同时对功率性能、循环性能、安全性能提出了很高的要求。从材料的微观结构考虑，就需要增大正极材料一次颗粒与电解液的接触面积，同时颗粒内部具备一定的空间来缓冲材料在充放电过程中的体积变化。

为提高镍钴锰三元材料的功率性能、循环性能与安全性能，现有技术思路一般是制备均匀多孔的正极材料，实现方式是在前驱体共沉淀过程中，通入氧化性气体（譬如空气）得到均匀多孔的前驱体，再混锂烧结得到均匀多孔的正极材料。这种均匀多孔的材料可以一定程度上增加与电解液的接触面积，同时可以缓冲材料充放电过程中的体积变化，但是采用这种方式制备得到的前驱体振实密度较低，结晶性较差，前驱体中Na、S含量较高。

发明内容

针对以上存在的技术问题，本发明提出更适用于制备正极材料的一种镍钴锰核壳结构前驱体，并基于相同的技术构思，提供所述前驱体的制备方法。

本发明的解决方案是这样实现的：

本发明提供一种镍钴锰核壳结构前驱体，其特征在于，化学式为Ni_xCo_yMn_z(OH)₂，其中0.3≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，x+y+z＝1，平均粒径为2~8μm。所述前驱体剖面电镜具备如下特征：内核相对致密，具有较小的孔隙，孔隙尺寸为5~150nm；外壳相对疏松，一次颗粒呈放射状排布在内核之上，一次颗粒之间间隙较大，间隙尺寸为100~600nm。

本发明提供的前驱体内核相对致密，具有较小的孔隙，外壳相对疏松，一次颗粒呈放射状排布在内核之上，一次颗粒之间间隙较大，这种独特的结构不仅有利于混锂烧结过程中Li离子的扩散和电解液的渗入，而且在充放电过程中，为Li离子提供了快速迁移的通道，同时兼顾了振实密度与多孔的结构要求，结晶性较好，前驱体中Na、S含量较低。

本发明所述的前驱体剖面电镜，是指先采用树脂等材料，将前驱体颗粒包埋、固化，然后采用离子切割、抛光等方式，制备得到前驱体剖面样品，再经过扫描电子显微镜测试得到。

基于相同的发明构思，本发明提供上述镍钴锰核壳结构前驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制总金属摩尔浓度为0.5-2.5moL/L的金属盐溶液，金属盐为镍、钴、锰盐中的一种或几种；配制1-10mol/L的碱溶液；配制铵离子浓度为2-6mol/L的氨水溶液；

（2）向反应釜中加入纯水，控制反应温度为40-80℃，用碱溶液将pH值调节至8.5-12.5，用氨水将铵离子浓度调节至0-20g/L，并向反应釜中通入惰性气体；