[发明专利]双层结构的锂离子电池用前驱体、正极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种双层结构的锂离子电池用前驱体、正极材料及制备方法，本发明通过使用不同的反应条件，制备出了一次颗粒在内部紧密堆积，在外部疏松堆积的产品。内部紧密堆积保证了颗粒的振实密度，而疏松的外部则能发挥更好的比容量和倍率性能，这有利于同时提高材料的比容量，倍率性能和能量密度；针对性的对材料内外部掺杂不同元素，同时提高材料内部的倍率性能和外部的循环稳定性；选择在共沉淀反应过程中直接加入掺杂元素，使掺杂元素能够在原子级别上均匀的分布在前驱体颗粒表层中，充分的发挥掺杂改性的作用。利用颗粒内外不同的结构和使用不同的掺杂元素，能有效的提高层状三元材料的综合性能。

技术领域

本发明属于锂电池材料领域，具体涉及一种双层结构的锂离子电池用前驱体、正极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIBs)因其能量密度高、自放电小、无记忆效应、循环寿命长、环境污染小等众多优点而被广泛应用在便携式电子产品、电动汽车和储能系统等领域。在目前的锂离子电池技术中，正极材料是锂离子电池的关键组成，其不仅作为电极材料参与电化学反应，同时还要充当锂离子源，它在很大程度上决定着电池的安全、性能、成本和寿命。

在常用的锂离子电池正极材料中，三元材料因其容量密度高、循环性能较好、成本相对较低等优点而成为近些年来研究的热点，发展迅速。随着锂离子电池应用场景的不断拓展与延伸，对锂离子电池的能量密度和倍率性能要求越来越高，以满足不同的设备和应用环境的使用需求。高能量密度往往与高的比容量和压实密度相关，而材料颗粒内部堆积紧密度对能量密度和倍率性能均有一定的影响。在一定条件下，颗粒内部堆积越疏松，电解液与材料之间的接触面越大，具有更多的反应位点，这有利于提高材料在充放电特别是高倍率下充放电时的容量发挥。因此，为了提高材料的倍率性能，在制备材料时，应当在一定程度上降低材料颗粒内部的堆积紧密度。但当内部堆积疏松时，内部会出现一定的孔隙，这会降低材料的振实密度，不利于提高材料的压实密度，因此，为了提高材料的压实密度，在制备材料时，应当在一定程度上提高材料颗粒内部的堆积紧密度。因此，为了充分发挥材料的性能，制备材料时，应当综合考虑颗粒内部堆积紧密性，在保持高的比容量和倍率性能的条件下，尽量提高材料的压实密度，以期获得更高的能量密度。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种一次颗粒在样品内部紧密堆积，在外部疏松堆积，内外部分别掺杂不同元素的双层结构的锂离子电池用前驱体、正极材料及制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种双层结构的锂离子电池用前驱体，其特征在于，所述前驱体包括内核以及包覆在内核外表面的外层；内核的材料的化学式为Ni_xCo_yMn_1-x-y-aM_a(OH)₂，其中，0.3＜x＜1，0＜y＜0.7，0＜a≤0.05，M为Mg、Ti、Y中的一种或几种；外层的材料的化学式为Ni_xCo_yMn_1-x-y-bN_b(OH)₂，其中，0.3＜x＜1，0＜y＜0.7，0＜b≤0.05，N为Zr、W、B、Al中的一种或几种。

根据上述的双层结构的锂离子电池用前驱体，其特征在于，所述内核的平均粒度为2μm～10μm，所述外层的厚度为1μm～5μm。

一种基于上述的双层结构的锂离子电池用前驱体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)按照摩尔比Ni：Co：Mn：M为x：y：(1-x-y-a)：a的比例将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐、掺杂元素M对应的可溶性M盐混合，得到第一混合盐溶液，其中，0.3＜x＜1，0＜y＜0.7，0＜a≤0.05，掺杂元素M为Mg、Ti、Y中的一种或几种；