[发明专利]一种三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三元正极材料，所述三元正极材料为内部空心的球形颗粒，其包括：致密内层，所述致密内层形成所述内部空心；以及多孔外层。本发明还所述三元正极材料的制备方法。所述三元正极材料由具有四层结构的前驱体制备得到，所述四层结构中，疏松层和致密层相互交替，疏松层被氧化，致密层掺杂锆，在烧结过程中前驱体不同层的一次晶粒体积收缩不同，从而形成内部空心结构。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，具体涉及一种三元正极材料及其制备方法。

背景技术

镍钴锰(NCM)三元正极材料具有高容量、长寿命、低成本及原料来源丰富等优点，可应用于小型锂电池以及动力电池领域，是一种极有应用前景的锂离子电池材料。

目前镍钴锰三元正极材料主要采用连续反应釜通过共沉淀法制备，通过在反应釜中持续加入镍、钴、锰的可溶盐的混合水溶液，与氨络合，通过氢氧化钠控制pH值，惰性气体保护下，共沉淀得到氢氧化物复合沉淀产物，再经过水洗、过滤、干燥，与锂盐高温烧结得到。

为了提高镍钴锰三元材料的倍率性能，以适应轻混汽车48V启停系统的要求，目前市场大多采用空心结构三元材料。例如CN105185979A提供了一种空心结构的锂离子电池用正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将镍盐、钴盐和锰盐中的一种以上配置成金属盐溶液；S2、将金属盐溶液、沉淀剂和络合剂加入反应釜中，采用分段控制反应温度、反应时间及反应pH值的方式进行共沉淀，得到内核疏松、外壳致密的前驱体；S3、将前驱体与锂源按照前驱体中金属总量与锂元素摩尔比为1:(0.9～2.2)的量均匀混合后，再辅助分段控温煅烧工艺得到具有空心结构的锂离子电池正极材料。

但目前的空心结构正极材料主要存在以下几个缺点：

1、机械强度低，在极片辊压阶段容易破裂，引起副反应增加；

2、极片压实密度低，导致电芯体积能量密度低。由于空心三元材料机械强度低，一般通过降低辊压压力保持材料的空心结构，导致极片压实密度较低，进而降低了电芯的体积能量密度。

发明内容

为解决现有技术中空心结构三元正极材料存在的机械强度低、极片压实密度低、副反应多等问题，本发明提供了一种具有内部空心、外部多孔结构的三元正极材料，在保证正极材料高倍率性能的同时，提高了正极材料的机械强度，使极片在辊压过程中，三元正极材料不发生破裂，增加了极片压实密度，进而增加电池电芯体积能量密度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种三元正极材料，所述三元正极材料为内部空心的球形颗粒，其包括：致密内层，所述致密内层形成所述内部空心；以及多孔外层。

所述球形颗粒的平均直径为6～12μm，所述内部空心的平均直径占球形颗粒平均直径的1/4～3/5。

进一步地，所述三元正极材料的一次晶粒呈放射状排列。

进一步地，所述三元正极材料掺杂锆，锆的掺杂量为0.08～0.3％。所述掺杂量是指锆元素质量占三元正极材料总质量的比例。

更进一步地，所述锆的掺杂量为0.2～0.3％。

进一步地，所述三元正极材料由前驱体制备得到，所述前驱体为具有四层结构的球形颗粒，所述四层结构由内到外分别为：

内核：具有疏松多孔结构，直径2～3μm，由厚度8～12nm、长度200～500nm的片状一次晶粒构成；

第一中间层：具有致密结构，厚度1～2μm，由厚度80～300nm、长度500～1000nm的片状一次晶粒构成；

第二中间层：具有疏松多孔结构，厚度0.5～1μm，由厚度8～12nm、长度200～500nm的片状一次晶粒构成，以及；