[发明专利]一种高镍型镍钴锰酸锂单晶前驱体及其制备方法和高镍型镍钴锰酸锂单晶正极材料

说明书

本发明公开了一种高镍型镍钴锰酸锂单晶前驱体，所述前驱体为镍、钴、锰的氢氧化物，所述前驱体的一次颗粒平铺排列且呈片状，二次颗粒为内部疏松的类球状。本发明还相应提供一种上述高镍型镍钴锰酸锂单晶前驱体的制备方法，包括以下步骤：(1)配制可溶性盐溶液；(2)将可溶性盐溶液与络合剂、沉淀剂在保护气体下，并流加入装有底液的反应器中，进行连续共沉淀反应；(3)将步骤(2)中的共沉淀产物进行固液分离，收集固相进行陈化、洗涤、脱水、干燥、筛分处理，即得到上述前驱体。本发明还提供一种高镍型镍钴锰酸锂单晶正极材料。本发明的正极材料在保持高比容量的同时，还具有优异的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料前驱体及其制备方法和正极材料。

背景技术

锂离子二次电池在人们的生活中变得越来越重要，已被人们广泛用于便携式电力的来源。在国家对环境越来越重视，对产业升级越来越迫切，对新型能源材料的投入持续加大的情况下，动力型汽车的生产和销售规模也呈爆发式增长。动力汽车锂离子二次电池对能量密度、循环性能、充放电效率和安全性能等有较高的要求，研发制备与动力汽车锂离子电池相匹配的高镍单晶正极材料，将具有广阔的应用前景。

传统的锂离子电池的制约因素在于其比容量不足和循环性能的欠缺。比容量不足的原因在于常规高镍含量正极材料的稳定性差，现有技术中通常采用低镍含量前驱体正极材料，因而其储能因子含量低，比容量不高。循环性能不理想的原因在于充放电过程中伴随着容量衰减。容量衰减一方面是正极活性物质的本证结构随着循环的进行逐渐发生不可逆改变，另一方面是当正极活性物质脱锂时，氧化性增强，容易与有机电解液发生反应，从而使正极活性物质损失，导致容量衰减。因此，如何提高正极活性物质在电池循环过程中的稳定性，降低电极副反应，是提高锂离子电池高比容量和循环寿命的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有特殊形貌的高镍型镍钴锰酸锂单晶前驱体及其制备方法和高镍型镍钴锰酸锂单晶正极材料，该前驱体制备得到的正极材料在保持高比容量的同时，还具有优异的循环性能。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高镍型镍钴锰酸锂单晶前驱体，所述前驱体为镍、钴、锰的氢氧化物，所述前驱体的一次颗粒平铺排列且呈鱼鳞状，二次颗粒为内部疏松的类球状。上述前驱体中，一次颗粒排布较为松散，便于烧结加工后破碎成为均一的单晶正极材料，二次颗粒分散性好、粒子大小均一，便于制备成单晶形貌的正极材料。

上述高镍型镍钴锰酸锂单晶前驱体中，优选的，所述前驱体的分子式为Ni_xCo_yMn_zM_t(OH)_2+a，其中，x+y+z+t＝1，0.5＜x＜1.0，0＜y≤0.2，0＜z≤0.2，0≤t＜0.2，0≤a≤0.5，元素M为掺杂元素，且M为Al、Zn、Zr、Yb、Mg、V和Ti中的任意一种或多种。在前驱体中加入改性元素M，一是可以保证该元素在材料中的均匀分布，二是能有效抑制材料在充放电过程中Mn⁴⁺的溶解，增强了材料的结构稳定性，所以掺杂后样品的循环稳定性相比于未掺杂的容量保持率都有所提高。以Zr为例，当Zr⁴⁺离子取代部分Mn⁴⁺形成固溶体，增大了材料的晶胞体积，随着晶胞参数的增大，材料晶体结构的层间距增大，扩大了锂离子在材料中的迁移隧道直径，从而有利于锂离子在充放电过程中的脱嵌。

上述高镍型镍钴锰酸锂单晶前驱体中，优选的，所述一次颗粒的片长为100-300nm。一次颗粒300nm后，会大大增加后续烧结处理的难度，增加后续处理的工序和成本。