[发明专利]一种多层结构的锂离子电池用前驱体、正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多层结构的锂离子电池用前驱体、正极材料及其制备方法。该前驱体为xMn(OH)subgt;2/subgt;‑yNi(OH)subgt;2/subgt;‑zCo(OH)subgt;2/subgt;，其中x+y+z＝1，0.1≤x≤0.5，0.3≤y≤0.8，0≤z≤0.2。该前驱体为球形颗粒，具有多层结构，最内层为Mnsubgt;x/subgt;Nisubgt;y‑b/subgt;Cosubgt;z‑c/subgt;(OH)subgt;2‑2b‑2c/subgt;，中间层为bNi(OH)subgt;2/subgt;，最外层为cCo(OH)subgt;2/subgt;，其中0≤b≤y，0≤c≤z。本发明根据镍钴锰酸锂材料中各元素的不同作用制备特定结构的多层前驱体材料，同时结合不同元素在烧结过程中的扩散难易程度不同，得到多层结构的镍钴锰酸锂正极材料，该正极材料具有良好的电化学性能，尤其在高电压下倍率、循环性能优良。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用前驱体、正极材料及其制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

近些年来，汽车尾气带来的空气污染问题越来越严重，人们对环境污染关注度越来越高，清洁无污染的新能源汽车受到的关注度也随之逐渐升高，这其中配有锂离子电池的电动汽车成为越来越多普通人家的选择。目前电动汽车的续航里程问题一直限制其广泛的商业化应用，而高能量密度的正极材料是解决续航里程的关键之一。

已经实现商业化应用的锂离子电池正极材料中，磷酸铁锂和镍钴锰酸锂材料是普遍应用于电动汽车的两种正极材料。其中，镍钴锰酸锂材料因为容量高、电压平台高、压实密度高，能力密度高，可以为电动汽车提供更高的续航里程，更受到汽车厂家的青睐。但是随着对续航里程越来越高的要求，为了得到更高的续航里程，就要求电池具有更高的能量密度，这意味着正极材料结构中的锂脱出更多，导致正极材料结构的不稳定，也随之带来了很多负面作用，比如循环衰减加剧、使用寿命减少、倍率性能降低、安全性能变差等，也对正极材料提出了更高的要求。

通常的正极材料会进行改性处理，以便得到更好的性能，目前商用锂电正极材料常用的改性方式一般为体相掺杂和表面包覆。如专利CN107887598B所示，通过碱金属离子掺杂，稳定了充放电过程中材料的结构，提升材料电化学性能。专利CN105514377B所示，通过表面ZrO2/AlPO4复合包覆，抑制了电解液对正极材料颗粒的腐蚀，延长了电池循环寿命。专利CN105552327B通过控制前驱体合成过程中不同元素的浓度合成了多层结构的富锂锰基正极材料，提升了材料循环性能。专利CN110828804A通过前驱体沉淀控制，制备了Al梯度分布的镍钴铝酸锂材料，循环性能大幅提升。

上述方法可以在一定程度上改进正极材料的性能，提升电池的电化学性能，但是仍无法解决高电压下正极材料脱锂过多导致的材料结构变化，尤其是无法克服循环过程中结构变化导致的正极材料颗粒粉碎。专利CN106229489B通过特殊合成工艺得到了一种单晶形貌的镍钴锰酸锂正极材料，在高电压下具有良好的充放电性能。然而，较大的单晶颗粒使锂离子脱嵌路径变长，导致材料倍率性能受到较大影响。

发明内容

为了克服追求高能量密度带来的电性能恶化问题，本发明提供一种多层结构锂离子电池用前驱体、正极材料，以及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种锂离子电池用多层前驱体，其组成为xMn(OH)₂-yNi(OH)₂-zCo(OH)₂，其中x+y+z＝1，0.1≤x≤0.5，0.3≤y≤0.8，0≤z≤0.2。

该前驱体为球形颗粒，具有多层结构，如图1所示，其最内层为Mn_xNi_y-bCo_z-c(OH)_2-2b-2c，中间层为bNi(OH)₂，最外层为cCo(OH)₂，其中0≤b≤y，0≤c≤z。