[发明专利]一种核壳结构正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高性能核壳结构正极材料及其制备方法，具体步骤是：(1)配制两种不同摩尔组分的镍、钴、锰盐的混合溶液A和B，单独配制含X元素的盐溶液；(2)将溶液A、碱溶液和络合剂溶液分别同时加入到反应釜中，进行共沉淀反应得到内核；(3)加入X盐溶液和沉淀剂溶液，得到具有包覆层的内核；(4)在具有包覆层的内核的底液中，加入溶液B、碱溶液和络合剂溶液，得到带有夹层的核壳前驱体；(5)焙烧得到核壳正极材料。本发明中的核壳正极材料，由于夹层的存在，能克服因内核和外壳不同的体积变化而产生的缝隙，使外壳和内核之间的连接力增强，相比普通核壳正极材料，具有较为优良的热稳定性及较长的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，尤其涉及一种核壳结构正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池也被用在电动汽车上作为动力能源，成为新能源汽车发展的一个新趋势。针对电动汽车用锂离子电池，消费者比较关注的是其续航里程、使用寿命、加速性能等，这些方面很大程度上取决于使用的动力锂离子电池的性能。

锂离子电池产业中的核心环节之一就是正极材料的制造，正极材料的性能在很大程度上决定了锂离子电池的性能。相关企业和科研院校对正极材料的形貌和结构做了大量研究工作，试图寻找性能优越的正极材料，其中核壳结构的三元材料是近年来的研究热点之一。

相比单一均匀分布的三元正极材料，核壳材料具有容量高、循环及倍率好的优异特性。现有技术中针对核壳三元材料已有大量的报道，现有技术CN 105428640A公开了一种核由Li_xNi_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂表示，壳由Li_1+yMn_2-yO₄表示；现有技术CN108899545A公开了一种NCM三元正极材料表面包覆SiO₂及M_x(SiO₃)_y的核壳材料，此外，以氧化物、导电聚合物等为壳层材料的核壳材料也多有报道。

但在实际使用时发现，在长循环充放电过程中，核壳正极材料的内核和外壳的界面处会出现不规则缝隙或孔洞，究其原因是不同组分、不同成分的内核和外壳材料在充放电过程中的体积变化是不一致的，体积的不可逆变化就导致了这种缺陷的出现，这种缺陷在一定程度上阻碍了锂离子的传导，是不利于长寿命循环稳定性的，直接导致材料循环性能不佳。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种核壳结构正极材料及其制备方法，通过在内核层和外壳层增加一层夹层，克服充放电过程中由于内核、外壳不同的体积变化而产生的缝隙，保持材料的整体结构，提高材料的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种核壳结构正极材料，所述核壳结构正极材料为由内核、夹层、外壳组成，所述内核和外壳为含锂的过渡金属氧化物，所述夹层为金属复合化合物，介于内核和外壳中间，所述内核平均粒径为1～10μm，外壳平均厚度为1～10μm，夹层厚度为50～500nm。

进一步，该核壳结构正极材料前驱体的整体平均粒径为5～15μm。

粒径太大时，材料球形容易开裂，核壳结构不稳定；粒径太小时，材料合成工艺复杂，成本高。夹层厚度对于本申请中材料性能有提升的作用，利于循环和倍率性能，夹层太薄时不能有效连接内核和外壳，太厚时不利于锂离子的扩散，会降低容量，厚度为50～500nm时为优选。