[发明专利]一种高镍正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体公开了一种高镍正极材料及其制备方法。本发明提供的高镍正极材料具有内核、中间层和外壳三层结构，内核的颗粒均匀分散，中间层呈放射状分布，粒子强度≥60MPa。本发明所述的高镍正极材料的前驱体的制备方法，包括共沉淀反应、第一阶段的生长反应和第二阶段的生长反应三个反应阶段。主要通过调控每个阶段的不同的反应条件，主要是pH、搅拌速度、温度等，形成不同结构。所述前驱体与锂盐及含M的化合物混合烧结后，可以形成一次颗粒均匀分散的核心层和一次颗粒放射状分布的外层，提高粒子强度。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种高粒子强度的高镍正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料是新能源电动汽车电池的重要组成部分。目前新能源电动汽车电池依然存在高温易燃、循环衰减快等问题。究其原因，主要是因为正负极材料结构不稳定、电解液与正负极材料副反应剧烈导致。而正极材料的结构稳定性对锂离子电池的安全和循环性能具有关键性影响。为提高正极材料的结构稳定性，研究者通常用掺杂和包覆的方式对其进行结构改善。

随着新能源汽车的发展，消费者对汽车的续航能力要求越来越高。提高电动汽车的续航，只有提高电池容量，提高电池容量的主要途径是使用容量更高的正极材料，而提高正极材料中的Ni含量是提高正极材料容量的最主要的方法。但是，随着Ni含量的提高，由于Ni-O的本征结构不稳定，会造成正极材料结构更加失稳。因此，对于高镍正极材料结构稳定性的改善是本行业亟待解决的问题。

目前通常采用元素掺杂、包覆等手段进行改性，但是元素掺杂过程中，存在掺杂元素在正极材料中不均匀偏析的风险，这种偏析会造成结构的不稳定；而包覆后的材料，随着循环的进行，电解液不断侵蚀正极材料，造成包覆工艺失效；且正极材料制作电池的过程中，需要将正极材料与导电剂、粘结剂等添加剂混合，然后涂布、辊压。辊压过程中，会造成部分颗粒的变形甚至破裂，变形或破裂导致材料部分表面裸露，形成充放电循环过程中副反应的发生地，增加材料的结构不稳定性。所以，无论掺杂和/或包覆，都不能有效解决辊压过程造成的负面影响，甚至辊压过程会造成包覆的失效。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高粒子强度的高镍正极材料及其制备方法。

本发明具体通过以下技术方案实现。

首先，本发明提供一种高粒子强度的高镍正极材料，包括内核和外壳，且内核和外壳之间具有中间层。内核为球形或类球形，由球形或类球形的颗粒Ⅰ堆积得到。中间层由类圆柱形的颗粒Ⅱ构成，颗粒Ⅱ径向堆积于内核表面。外壳由类球形或球形的颗粒Ⅲ构成，颗粒Ⅲ堆积于中间层外表面。

颗粒Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的化学通式为Li_aNi_xCo_yM_zO₂，其中0.95≤a≤1.2，0.8≤x≤1，0＜y≤0.2，0＜z≤0.05，x+y+z=1，M选自Mn、Al、Zr、Mg、Ti中的一种或两种以上。

此外，颗粒Ⅰ和颗粒Ⅱ中元素M的含量低于颗粒Ⅲ中元素M的含量。

进一步的，所述正极材料的平均粒径为0.1μm～40μm，比表面积为0.15 m²/g -1.5m²/g。

进一步的，所述正极材料中，颗粒Ⅰ的平均粒径为0.1μm～2μm；颗粒Ⅱ的宽度≥20nm，长径比＞1.5。

进一步的，所述正极材料中，颗粒Ⅲ堆积于颗粒Ⅱ的外表面，呈点状分布。

进一步的，所述正极材料中，颗粒Ⅲ包括M的氧化物或者M的锂氧化物。