[发明专利]一种三元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种三元正极材料及其制备方法和应用，所述的三元正极材料为三维镂空结构；本发明通过水热法制备得到三维金属有机骨架的前驱体，再经预烧‑掺锂‑高温煅烧‑混料‑低温煅烧，得到所述的三元正极材料。本发明所述的三元正极材料的多孔结构有利于锂离子的储存和快速传输，对其倍率性能和循环性能有着很大的提高。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，涉及一种三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源行业的快速发展，三元材料已经作为各大新能源企业的重要研发与生产规划，而且电动汽车市场对电池安全关注度越来越高，8系以上的高镍三元电池虽然能量密度较高，但是存在较大安全风险，市场需要减缓。从正极材料角度出发，镍含量是对电池安全性能影响的重要因素，随着镍含量的降低，安全性能逐渐提高，但是能量密度也会降低。针对以上问题，中镍6系材料具有明显优势，一是具有更高的充电截止电压(4.3V以上)，带来更大的比容量指标，满足电池对高能量密度正极材料的要求；二是通过做出其他形式做出的6系正极也能提高其倍率性能，使其结构更加稳定，循环过程中不易粉化，具有更高的安全的性能；三是通过降低钴含量，成本可以明显降低。因此为了改善电芯安全性能，同时兼顾能量密度、成本等因素，需要对6系正极材料进一步研究。现在中镍的三元材料也有其自身的弊端，由于长时间循环后，内部结构遭到破坏、表面材料与电解液发生副反应等因素，造成其循环性能衰减严重，所以目前需要在原有材料表面包覆一层氧化物来改变其循环性能。

CN109301243A公开了一种层状镍钴钛三元正极材料的新体系，采用Ti元素替换Mn元素，由于Ti-O键较强可以稳定三元正极材料的层状晶体结构，进而改善其在循环过程中的结构稳定性，使三元正极材料表现出优异的容量保持率，而且在高镍体系的镍钴钛三元正极材料中体现出更好的稳定性，但是这种材料在一定程度上限制了锂离子嵌入和脱出速率，进而影响其倍率性能，而且，其在使用过程中很容易掉粉，而且循环过程中结构容易遭到破坏，进而影响其循环性能。

CN104319388A公开了一种球形三元正极材料的制备方法，其所述的三元正极材料由球形或类球形颗粒组成，堆积密度大，比容量高。其先将氯化镍、硫酸钴、锰盐与氢氧化钠、氨在水溶液中反应合成球形或类球形氢氧化镍钴锰Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3(OH)₂前驱体，洗涤干燥后与碳酸锂均匀混合，在空气中经过600-700℃高温热处理5-7小时得到球形镍钴锰酸锂。其制备的球形镍钴锰酸锂堆积密度大，其平均粒径为3-7μm，振实密度可达2.25-2.50g/cm³，可逆比容量可达172-185mAh/g，其制备前驱体的过程繁琐，反应过程难以控制且不能做出多种形貌的前驱体材料，进而三元正极材料的形貌比较单一。

上述方案制备的三元正极材料均存在有倍率性差、循环性能差且制备工艺繁琐等缺点，因此，开发一种制备工艺简单且具有较高的循环性能和倍率性能的三元正极材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三元正极材料及其制备方法和应用，所述的三元正极材料为三维镂空结构，本发明通过水热法制备得到三维金属有机骨架的前驱体，再经预烧-掺锂-高温煅烧-混料-低温煅烧，得到所述的三元正极材料，本发明所述的三元正极材料的多孔结构有利于锂离子的储存和快速传输，对其倍率性能和循环性能有着很大的提高。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种三元正极材料，所述三元正极材料包括一次颗粒和由一次颗粒组成的二次颗粒，所述的一次颗粒和/或二次颗粒为三维镂空结构。

本发明所述三元正极材料的结构为内部空心，而且二次颗粒也为空心的结构，表面比较粗糙，有利于锂离子的储存和快速传输，对其倍率性能有着很大的提高。