[发明专利]一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，首先制备含铝的镍钴锰前驱体，然后加入元素W的化合物及含有元素Ir的化合物进行烧结制备得到含有铝钨铱的镍钴锰正极材料。本发明通过分别在前驱体合成过程中掺杂Al及在烧结过程中掺杂W、Ir，实现三种掺杂元素在材料内部的均匀分布，三种掺杂元素的协同作用使得正极材料颗粒具有较高的硬度，较高的颗粒硬度不仅提高了正极极片的压实密度，也可有效抑制循环过程中颗粒内部微裂纹的形成，进而提高材料的循环性能。此外，工艺简单且生产过程易于控制，适合规模化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，更具体涉及一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法。

背景技术

NCM或NCA通过镍钴锰或镍钴铝的协同作用，具有高比容量、高倍率及安全性能高等优点，已广泛应用在3C数码、电动汽车及电动工具等领域。

随着人们对高能量密度的需求，高镍路线俨然已成为三元正极材料的发展趋势之一，但随着镍含量的提高，前驱体易产生开裂的问题，通过该前驱体烧结制备的正极材料颗粒的硬度也相对降低，若正极材料的硬度较低，在正极极片制作过程中易产生微粉在极片上脱落，影响极片的压实密度；此外，随着镍含量的提高，材料在充放电循环过程中易产生微裂纹，导致循环性能的恶化，根据文献J.Power Sources 486(2021)229359的研究，提高正极材料颗粒硬度，可有效抑制颗粒内部微裂纹的形成。

此外，提高材料的压实密度有利于电芯能量密度的提升。

目前，提高正极极片压实密度的有效方案为按照一定比例将大小颗粒的正极材料进行混掺，使得正极材料有较理想的粒度分布，但是将小颗粒材料混掺入大颗粒基体材料中，虽然可以提高整体的容量，但影响其循环性能；而将大颗粒材料混掺入小颗粒基体材料中，将会影响其容量。在循环过程中，由于相变导致的应力集中等问题并未在根本上得到解决。

因此，如何创设一种硬度高、压实密度高的三元正极材料，具有十分积极的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服高镍三元正极材料硬度低导致压实密度低、且循环过程中易产生微裂纹导致材料机械强度低，循环性能差的问题，为此本发明提供一种高硬度且高压实密度的镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种镍钴锰酸锂三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用共沉淀法制备镍钴锰氢氧化物前驱体，合成过程中同时加入铝源，最终得到含Al的镍钴锰氢氧化物。

(2)按照前驱体中镍钴锰元素总摩尔量与锂源中锂元素的摩尔比1:M_e的比例，称取前驱体和锂源。

(3)将前驱体和占总量百分比X的锂源混合均匀，放置于气氛箱式炉中进行烧结，升温至T1℃，保温t1小时，得到预煅烧产物。

(4)将步骤(3)中的预烧产物粉碎过筛后和占总量百分比(1-X)锂源、含有元素W的化合物及含有元素Ir的化合物混合均匀后置于气氛箱式炉中进行烧结，升温至T2℃，保温t2小时，经粉碎过筛后得到目标正极材料。

优选地，所述锂源为碳酸锂或一水合氢氧化锂。

优选地，所述步骤(2)中，M_e的范围为：1.010≤M_e≤1.060。

优选地，所述步骤(3)中，200℃≤T1≤550℃。

优选地，所述步骤(4)中，600℃≤T2≤1000℃。

更优选地，300℃≤T1≤500℃；650℃≤T2≤800℃。

优选地，所述步骤(3)中，1h≤t1≤5h；