[发明专利]正极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。正极材料的制备方法：将包括金属化合物、镍源、钴源、锰源、沉淀剂和络合剂在内的原料混合，进行共沉淀反应得到具有核壳结构的沉淀物；将沉淀物预烧处理得到金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；将前驱体与配体溶液进行配位反应，得到(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；然后和锂源混合后烧结得到正极材料。正极材料，使用正极材料的制备方法制得。锂离子电池，使用所述正极材料制得。本申请提供的正极材料，具有优异的倍率性能与循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为20世纪开发成功的新型高能电池，因能量密度高、环境友好、贮存寿命长等优点被迅速的应用于众多领域。锂离子电池的正极材料作为核心部分，其性能的优劣对锂离子电池的性能有显著的影响。具有层状结构的团聚型镍钴锰酸锂正极材料(Li[Ni_xCo_yMn_(1-x-y)]O₂，其中x＞0.3)因能量密度高、堆积密度高、工艺性能好、价格低廉等特点，成为应用在动力电池上最有前景的正极材料。但球形颗粒在充放电过程中晶粒内部应力变化较大，发生晶格各向异性膨胀和收缩，导致晶界空隙处产生裂纹，裂纹的产生增加了正极材料与电解液的副反应，使阻抗增加、锂离子扩散更加困难，致使三元正极材料的电化学性能不断降低。因此，若要充分发挥(Li[Ni_xCo_yMn_(1-x-y)]O₂，x＞0.3)的性能，提高材料的循环稳定性和倍率性能，仍需要在对合成工艺进一步优化。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

一种正极材料的制备方法，包括：

将包括金属化合物、镍源、钴源、锰源、沉淀剂和络合剂在内的原料混合，进行共沉淀反应得到具有核壳结构的沉淀物；

将所述沉淀物预烧处理得到金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；

将所述金属离子改性的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体与配体溶液进行配位反应，得到(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体；

将所述(010)面取向生长的中空团聚型镍钴锰氧化物前驱体和锂源混合后烧结得到所述正极材料；

所述金属化合物不溶于水且加热易分解；所述配体溶液中的配体包括2,6-双(3-5)二羧基苯基吡啶、2,5-二羧基-1,4对苯二甲酸、噻吩-2,5-二羧酸中的一种或多种。

在锂离子电池中，Li⁺的嵌入与脱出是沿(010)方向进行的，(010)面的增加可增加活性物质与电解质的接触面，提高锂离子扩散系数，提供了Li离子传输动力，有效提高离子传输；此外，中空内部不仅可以为锂离子储存提供额外的活性位点和短的扩散路径，而且还可以缓冲体积变化，减轻由锂离子在充放电过程中材料颗粒内部的相互挤压，提高材料在充放电过程中的结构稳定性，进而大大提高正极材料的倍率性能和循环性能。(010)取向生长的中空团聚型镍钴锰酸锂正极材料，则能很好的解决充放电过程中球形产生裂纹带来的电化学性能衰退。

优选地，所述金属化合物为一次粒径小于等于100nm的相应化合物造粒成型得到的D₅₀为2-8μm的团聚颗粒；

优选地，所述金属化合物与水混合得到金属模板悬浊液后使用；

优选地，所述金属模板悬浊液的固含量为30-70％。