[发明专利]一种三元材料、制备方法及电池

说明书

本发明提供了一种三元材料、制备方法及电池，所述的三元材料的化学通式为Li(Nisubgt;x/subgt;Cosubgt;y/subgt;Asubgt;z/subgt;)subgt;a/subgt;Msubgt;b/subgt;Osubgt;2/subgt;，其中，M为改性元素，M包括硼、钨、铊、锶、铌或磷中的一种或至少两种的组合，A为Al或Mn，0.5＜x＜1，0＜y＜0.5，0＜z＜0.5，x+y+z＝1，0.95≤a≤0.99，a+b＝1。本发明通过在晶格中和晶格表面引入特殊元素改性剂，调控三元材料的晶面能，实现晶粒大小和生长方向的控制，优化材料中一次粒子的结构、尺寸和排布方式，缓解晶格体积各向异性变化导致的颗粒内部微裂纹的产生，抑制电解液的界面副反应，提高材料的电化学稳定性；优异的晶粒取向排布，有利于锂离子的扩散，改善材料的动力学性能。

技术领域

本发明属于正极材料技术领域，涉及一种三元材料、制备方法及电池。

背景技术

锂离子电池(锂二次电池)以其轻量化、长寿命、清洁环保的优点越来越受到电池行业的青睐。锂离子电池的正极材料作为其关键材料一直以来是业内研究和发展的重点。目前，锂离子电池的正极材料主流有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂及镍钴锰三元材料，并且有NCA(镍钴铝)系、LOL(富锂锰固熔体)等新兴的材料加入其中，得到了广泛的商业化应用。其中，三元材料，特别是NCA材料，以其高容量、高能量密度的特点，满足了越来越高的能量密度的要求，受到更多的青睐。行业内一般将镍含量较高的NCA\NCM811等材料称为高镍三元正极材料。

锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能，包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、负极材料的选择和质量直接決定锂离子电池的性能与价格。一般而言，锂离子电池的正极材料应满足：允许大量Li⁺嵌入脱出(比容量大)；具有较高的氧化还原电位(电压高)；嵌入脱出可逆性好，结构变化小(循环寿命长)；锂离子扩散系数和电子导电性高(低温、倍率特性好)；化学/热稳定性高，与电解液相容性好(安全性好)；资源丰富，环境友好，价格便宜(成本低、环保)。

三元正极材料在脱嵌锂过程中存在晶胞体积的膨胀/收缩，导致颗粒内部应力累积，造成颗粒产生裂纹、破碎，加剧电解液对材料的侵蚀，恶化材料的电化学性能。调控材料一次粒径形貌、尺寸，比如一次粒子呈长条形，发射状分布，可以有效地缓解颗粒内部的应力集中，减小微裂纹的产生。目前，三元材料中一次粒子结构主要是通过精确控制前驱体制备过程中pH、盐溶液浓度、氨水浓度等条件，调控前驱体一次粒子的大小、形状和排布。但是，前驱体微观结构的调控，对于合成条件精确度要求高，工艺难度大、稳定性差，制备成本高。

CN109560276A公开了一种具有浓度梯度分布、一次颗粒定向生长的单晶三元正极材料，包括：A)配置镍源化合物和锰源化合物的混合水溶液a；配置锰源化合物、钴源化合物和镍源化合物的混合水溶液b；B)将所述混合水溶液a、混合水溶液b、碱液和络合剂混合，在碱性条件下，通过控制所述混合水溶液a、混合水溶液b进料速度，进行反应，得到具有浓度梯度分布、一次颗粒定向生长的单晶三元正极材料前驱体，所述单晶三元正极材料前驱体中，Ni、Co含量在颗粒中成梯度分布，Ni的含量从内层向外层逐渐降低，Co的含量从内层向外层逐渐增加，Mn的含量保持不变；C)将单晶三元正极材料前驱体、锂源及助溶剂混合后进行煅烧，得到单晶三元正极材料。