[发明专利]一种大(010)晶面镍钴锰/铝层状正极材料的制备方法

说明书

本发明中公开了一种大(010)晶面镍钴锰/铝层状正极材料的制备方法，包括以下步骤：1)晶核制备；采用微控共沉淀法，制备分散性良好、片状的晶核；2)前驱体制备；以1)中制备的晶核为底料进行共沉淀反应，控制晶片厚度方向上的生长，得到(010)晶面面积大的氢氧化物前驱体；3)正极材料制备；采用制备的前驱体与含锂化合物和/或锰、铝的无机盐或有机盐进行混合，高温煅烧得到镍钴锰/铝层状正极材料。本发明制备的正极材料一次颗粒粒径大，所制备的一次颗粒为微米级大小的颗粒，且一次颗粒(010)晶面面积大，能够很好地满足下游锂离子电池生产企业对材料高压实密度要求，并且制备工艺简单、工艺成本低。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种大(010)晶面镍钴锰/铝层状正极材料的制备方法。

背景技术

由于镍钴锰/铝层状正极材料具有较高的体积和质量能量密度、价格适中等优势，镍钴锰/铝层状正极材料已经成为各大电池企业生产高能量密度电池的首选正极材料，但是，镍钴锰/铝层状正极材料的锂离子电导率不高，Li⁺在循环过程中嵌入/脱出大单颗粒时间长，电极极化严重，在实际应用中，镍钴锰/铝层状正极材料无法以大单颗粒(D₅₀大于10μm)来使用，导致已经商业化的多晶球形和小单晶镍钴锰/铝层状正极材料的压实密度远低于晶体结构同为层状的大单颗粒LiCoO₂正极材料的压实密度。

为了解决镍钴锰/铝层状正极材料由其锂离子电导率低所引起的压实密度及电化学性能难于同时兼顾的问题，大量研究专注于增大镍钴锰/铝层状正极材料颗粒的(010)晶面(该晶面为Li⁺嵌入/脱出通道的垂直晶面)面积来提升其锂离子电导率。然而，类似其它层状正极材料，镍钴锰/铝层状正极材料的(010)晶面为表面能较高的晶面，为了维持材料在平衡态时具有较低的表面能，在高温固相合成过程或高温保温中，(010)晶面的面积趋向减少，因此，如何提升镍钴锰/铝层状正极材料(010)晶面面积为当前镍钴锰/铝层状正极材料研究的热点之一。

到目前为止，众多方法被报道能够用来提高镍钴锰/铝层状正极材料(010)晶面面积，其中一类方法为直接在液相中生成(010)晶面面积较大的镍钴锰/铝层状正极材料，然后通过后续的高温煅烧强化镍钴锰/铝层状正极材料的晶体结构，从而得到(010)晶面面积较大且电化学性能优异的镍钴锰/铝层状正极材料。虽然采取该类方法所制备镍钴锰/铝层状正极材料的(010)晶面面积与一次颗粒粒径的相对比值比较大，但是，一次颗粒和一次颗粒所组成的二次颗粒的粒径小或者单个颗粒(部分方法能制备出分散的单颗粒)的粒径小(一般为纳米级)，无法满足下游电池企业对材料高振实密度和高压实密度的要求。另外一类方法为在液相中生成前驱体(氧化物、草酸盐、氢氧化物)，主要通过控制后续的煅烧制度获得(010)晶面面积较大的镍钴锰/铝层状正极材料。该类方法能够制备出振实密度和压实密度也较高的镍钴锰/铝层状正极材料，但是，该方法主要通过控制后续的煅烧制度来缓解镍钴锰/铝层状正极材料(010)晶面面积的缩减，(010)晶面面积仍然比较小。

专利文献CN109244454A采用镍钴锰三元正极材料前驱体为为底料(又称晶种或成核剂)来调控前驱体(010)晶面暴露程度来调控正极材料(010)晶面暴露程度。专利文献CN109742337A采用纳米级的聚集态晶片为晶种来调控前驱体晶片的厚度来调控正极材料(010)晶面面积。上述两种方法所制备正极材料的一次颗粒均为纳米级，因此(010)晶面面积仍然较小。如何制备出能够进入实际应用的(010)晶面面积大的镍钴锰/铝层状正极材料仍然为工业生产的难点。

发明内容

本发明针对现有制备方法所制备的镍钴锰/铝层状正极材料(010)晶面面积小、一次颗粒粒径小而不能满足下游电池企业要求材料具有高压实密度和高振实密度的问题，提供一种大(010)晶面镍钴锰/铝层状正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种大(010)晶面镍钴锰/铝层状正极材料的制备方法，包括以下步骤：