[发明专利]多元正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料领域，公开了多元正极材料及其制备方法和应用，该多元正极材料含有单晶结构A和单晶结构B；单晶结构A的表达式为Li_1+a1(Ni_x1Co_y1Mn_z1M_m1M′_n1)_1‑a1O_2±b1J_c1，单晶结构B的表达式为Li_1+a2(Ni_x2Co_y2Mn_z2M_m2M′_n2)_1‑a2O_2±b2J_c2，其中，y₁‑y₂≥0.05，m₁+n₁＞m₂+n₂，c₁≥c₂；M选自Al、Y、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、La、Ce和Er中的至少一种元素，M′选自Mg、Sr、Ba和B中的至少一种元素，J选自Si、P、F和Cl中的至少一种元素。本发明的多元正极材料不仅级配好、压实密度高、循环寿命长，而且兼顾了材料的倍率性能，可适用于高电压体系，具有更好的加工性能、电化学性能和安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及多元正极材料，该多元正极材料的制备方法，以及该多元正极材料在锂离子电池中的应用。

背景技术

当前，市场对于锂离子动力电池提出了更高的要求，能量密度高、安全性高、循环寿命长、热稳定性好、成本低等成为评价动力电池的关键性能指标，尤其关注能量密度、安全性和成本问题。

镍钴锰酸锂正极材料因综合了镍酸锂、钴酸锂和锰酸锂的优异性能，具有高比容量、长循环寿命、环境友好等特点，是目前应用最广泛的锂离子电池材料之一。市场上常见的镍钴锰酸锂正极材料多以团聚二次球颗粒为主，由于二次球颗粒镍钴锰酸锂多晶正极材料存在抗压强度低，循环过程中易粉化，不耐受高电压体系。因此，近几年来，具备高安全性、高压实、高循环稳定性的镍钴锰酸锂单晶正极材料正逐渐成为研究的热点。

对于现有的三元单晶正极材料，提升压实密度、应用于高电压体系是其发展的一个重要方向，同时对改善镍钴锰酸锂三元锂离子电池性能意义重大。

CN109516509A通过前驱体预烧结破碎，分别制备大颗粒单晶三元氧化物和小颗粒单晶三元氧化物，再通过大小颗粒单晶氧化物加锂按一定比例混合烧结，来提升材料的压实密度，该工艺相对复杂，生产成本高；同时，该专利中，所述大颗粒三元前驱体与小颗粒三元前驱体的化学组成相同，这对于低钴化的三元单晶材料，尤其是大颗粒单晶来说，倍率性能会变差。

CN105355911A采用一次烧结、掺杂、二次烧结、液相包覆氧化铝的工艺制备了三元材料，通过控制三元材料的形貌提升了其比表面积，进而提升了其振实密度，但其在二次烧结以后采用的液相包覆工艺较为复杂，且得到的三元产品比表面积相对较高，性能较差。

CN106910882A介绍了一种锂离子电池用大单晶层状正极材料的制备方法，该方法制备的大单晶层状正极材料的平均粒径D₅₀为3.0-8.0μm，平均粒径偏小，压实密度提升不明显，而且循环性能改善有限。

CN110534733A介绍了一种大单晶锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，该方法制备的大单晶锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料的平均粒径D₅₀为2.0-6.0μm，平均粒径也偏小，压实密度提升不明显，而且循环性能改善有限。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的三元单晶正极材料压实密度低和循环性能差的问题，提供了多元正极材料，该多元正极材料的制备方法，以及该多元正极材料在锂离子电池中的应用。本发明的多元正极材料为单晶正极材料，含有单晶结构A和单晶结构B。