[发明专利]放射状类球顶锥体结构三元前驱体及正极材料和制备方法

说明书

放射状类球顶锥体结构三元前驱体及正极材料和制备方法，所述三元前驱体的锥体部为呈放射状生长的长条状一次颗粒，球顶部为有序堆积的块状一次颗粒，并形成二次团聚体；所述三元前驱体的化学式为Ni_xCo_yMn_(1‑x‑y)(OH)₂，其中，0.3＜x＜0.9，0.05＜y＜0.50，0.05＜1‑x‑y＜0.50。本发明还公开了放射状类球顶锥体结构三元前驱体的制备方法及正极材料和制备方法。本发明三元前驱体及正极材料形貌规则，分布均匀，有利于在充放电过程中锂离子的运输，放电比容量、充放电性能和库伦效率稳定，循环性能好。本发明方法工艺简单，反应温度低，原材料成本低，适宜于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种三元前驱体及正极材料和制备方法，具体涉及一种放射状类球顶锥体结构三元前驱体及正极材料和制备方法。

背景技术

镍钴锰基三元材料Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂的高比能电池成为目前锂离子动力电池领域的研究热点。但是，锂离子电池三元正极材料在循环过程中，往往会因为各种因素变化而引起一系列缺陷，从而降低三元正极材料的电化学性能，而通过形貌结构的设计与调控可以在一定程度上解决相关问题，提升电化学性能。

CN107959022A公开了一种溶剂热法制备三元正极材料及其制备方法，是先将镍钴锰盐溶解后，通过水热方法获得前驱体。但是，其并未给出具体的形貌结构以及阐述三元材料晶核的形成与晶体的生长；且该方法在溶解过程中加入了表面活性剂和水解助剂，由于涉及反应原料种类较多，无疑会提高工业化应用的生产成本。

CN110854385A公开了一种不同粒径的三元正极材料及其制备方法，是直接将盐溶于不同介电常数的溶剂中，并加入尿素或碳酸氢铵发生溶剂热反应，最终获得不同粒径的三元前驱体材料。但是，由于该方法操作过于简单，合成的材料分布不均匀，颗粒粒径大小不一，无明显规则的形貌，这对后期合成的正极材料的电化学性能严重影响；且合成体系复杂，产物中容易出现杂质，材料的晶体层状结构不完整，正极材料循环曲线波动较大，稳定性差。

CN111725497A 公开了一种具有特定形貌的三元正极材料前驱体及其制备方法，是通过传统的共沉淀法制备出板条状的三元材料前驱体。但是，所得三元材料前驱体的球形颗粒大小不一致且分布不均匀，并多处存在微小颗粒，沉淀过程不均匀，晶体并未正常生长，未能很好的达到控制形貌的目的，并未对正极材料进行电化学性能检测；且该方法共沉淀过程冗长，步骤繁杂，所采取的条件不利于工业化应用。

CN102306765A 公开了一种锂离子正极材料镍锰钴的制备方法，具体仍采用共沉淀法得到氢氧化物前驱体，然后将前驱体、锂源化合物和掺杂化合物经两次煅烧，得镍锰钴三元复合正极材料。但是，该方法采用物理机械混合碳酸锂和三元前驱体的方式，经固相烧结制备镍钴锰酸锂正极材料，由于采用简单的机械物理混合，必然带来物料的不均一性，从而导致烧结后的产品出现杂相，使容量快速衰减，综合电化学性能降低等缺陷；另外，传统的物理机械混料工艺，对每种原料的许多重要物理指标，如颗粒大小、形貌特征等均需要严格要求和控制，这给实际生产应用带来了巨大的挑战。

CN107742721A 公开了一种花状镍钴锰锂离子电池正极材料的制备方法，该方法主要在配制溶液过程加入了十二烷基硫酸钠作为表面活性剂。但是，引入表面活性剂过程容易在产物中存在杂质，从而影响正极材料的性能；所得正极材料由片状堆积而成，且形貌不规则；该材料的片状结构比较松散，在循环过程容易发生坍塌，会造成放电比容量的急剧下降。