[发明专利]一种NCM811正极材料前驱体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种NCM811正极材料前驱体及其制备方法与应用。所述NCM811正极材料前驱体包括大粒径球型前驱体颗粒和小粒径球型前驱体颗粒，所述大粒径球型前驱体颗粒和小粒径球型前驱体颗粒的粒径比为0.16‑0.40，质量比为0.9‑1.1。本发明通过两种粒径不同的NCM811球型前驱体颗粒均匀混合，使得粒径小的球型二次颗粒尽可能多填满粒径大的球型颗粒间的空隙，提升活性物质在集流体上的空间利用率，得到最佳堆积密度，堆积密度的二次颗粒能减缓材料在循环过程中的坍塌，而且缩短带电粒子扩散到集流体路程，进而提升NCM811正极材料的循环稳定性与倍率性能。

技术领域

本发明属于电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种NCM811正极材料前驱体及其制备方法与应用。

背景技术

新能源汽车、移动电子设备、人工智能等新兴产业的发展需要锂离子电池作支持。因此，人们不遗余力地开发着新型的锂离子电池材料，其中高镍三元层状材料是目前最有发展前景的锂离子电池正极材料，因其拥有高额的能量密度(629Wh/kg)与功率密度，且具有优异倍率性能。高镍三元材料已经成为目前新能源智能汽车中锂离子电池材料的热门选择，该材料帮助电动汽车提供超过500km的续航里程。

目前高镍三元材料的合成工艺已经相当成熟，其中LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂简称NCM811，是典型高镍三元材料，也是各大材料供应商的主要产品。同时材料界的研究者们纷纷报道了他们对NCM811的改性方法，但很多改性方案都因其复杂难于工业化而止步实验室。近年来，高镍层状材料的改性已到瓶颈，其存储性能的提高必然会以损害其结构作为代价。初级颗粒团聚成球型的多晶NCM811二次颗粒能缩短离子扩散的距离，从而加速Li⁺的传输，对电池的倍率性能有所增益。但是单分散的球型二次颗粒在正极集流体上的堆积密度受到堆积方式的限制。总所周知，球堆积密度与粒径无关，仅与堆积方式有关，即使是三位最密堆积的六方堆积和体心立方堆积的空间利用率也仅有74％，再加上涂布过程中很难形成最密堆积，堆积密度会进一步下降，所以单分散球型二次颗粒在集流体上的堆积密度的局限性有待改善。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种NCM811正极材料前驱体及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种NCM811正极材料前驱体，所述NCM811正极材料前驱体包括大粒径球型前驱体颗粒和小粒径球型前驱体颗粒，所述大粒径球型前驱体颗粒和小粒径球型前驱体颗粒的粒径比为0.16-0.40，质量比为0.9-1.1。

本发明通过两种粒径不同的NCM811球型前驱体颗粒均匀混合，使得粒径小的球型二次颗粒尽可能多填满粒径大的球型颗粒间的空隙，提升活性物质在集流体上的空间利用率，得到最佳堆积密度。另外，本发明所述大粒径球型前驱体颗粒和小粒径球型前驱体颗粒的粒径比为0.16-0.40内能够有效提升材料的堆积密度，使得二次颗粒间更加紧凑，紧密排列的二次颗粒能减缓材料在循环过程中的坍塌，而且缩短带电粒子扩散到集流体路程，进而提升NCM811正极材料的循环与倍率性能；粒径比小于0.16或者大于0.40无法有效提高材料的堆积密度。

所述小粒径球型前驱体颗粒和大粒径球型前驱体颗粒的粒径比为0.16-0.40；大粒径球型前驱体颗粒和小粒径球型前驱体颗粒的质量比为0.9-1.1。

本发明还要求保护所述NCM811正极材料前驱体的制备方法，所述制备方法为溶剂热法；所述溶剂热法通过控制有机溶剂的添加量调节NCM811正极材料前驱体的粒径。

作为本发明的优选实施方式，所述溶剂热法包括如下步骤：

(1)将金属盐按照摩尔比Ni:Co:Mn＝8:1:1配制为溶液A，将沉淀剂溶于水配制为溶液B，将溶液B加入溶液A中混合均匀得到溶液C；