[发明专利]一种高功率长循环镍钴锰三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高功率长循环镍钴锰三元正极材料及其制备方法，高功率长循环镍钴锰三元正极材料由二次颗粒组成，组成该二次颗粒的一次颗粒的形貌呈长条状；二次颗粒的D50粒径控制为2.0～5.0μm且呈内空心结构，二次颗粒的外壁厚度d₁为0.3～1.1μm，且二次颗粒的壁孔比R为0.1～0.7，其中，壁孔比R＝d₁/(D50‑2d₁)。制备方法包括以下步骤：S1、采用共沉淀法合成镍钴锰氢氧化物前驱体，在疏松内核表面生长并形成一层紧密的外壳；S2、将前驱体、锂盐和掺杂物混合，混匀后进行烧结；S3、将烧结产物粉碎解离，与包覆物混合，混匀后烧结。本发明通过控制壁孔比、形貌与一次颗粒排列方式，提高了材料加工性能的同时，还能兼顾高功率与长循环性能，满足HEV车型电池的性能需求。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，尤其涉及一种高功率长循环镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

背景技术

HEV混动技术是现阶段内燃机汽车最有效的节能技术，由于HEV混动技术应用特点及性能要求，有着对锂离子电池正极材料的高功率及长循环性能的高要求，为了满足锂离子电池的高功率要求，实现锂离子在正极材料的快速脱嵌，现有的材料设计解决方案通过设计小颗粒中空材料，减少锂离子扩散路径，满足材料的高倍率性能，但是小颗粒同时有着较大的比表面积，表面活性位点较多，在使用过程中，易于电解液发生副反应，同时中空材料结构存在本征缺陷，对比实心材料，在加工以及使用的过程中结构易坍塌，恶化材料性能，影响材料的使用寿命，目前材料的功率和循环性能不能很好的兼顾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高功率长循环镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高功率长循环镍钴锰三元正极材料，所述高功率长循环镍钴锰三元正极材料由二次颗粒组成，组成该二次颗粒的一次颗粒的形貌呈长条状；

所述二次颗粒的D50粒径控制为2.0～5.0μm且呈内空心结构，所述二次颗粒的外壁厚度 d₁为0.3～1.1μm，且二次颗粒的壁孔比R为0.1～0.7，其中，壁孔比R＝d₁/(D50-2d₁)。

优选的，所述一次颗粒的晶粒尺寸为170～180nm，且一次颗粒呈放射状排列。

优选的，所述二次颗粒的D50粒径控制为2.8～3.3μm，外壁厚度d₁为0.3～0.7μm，壁孔比R为0.11～0.50，一次颗粒为密实板块状且长径比为1.67～4.12。

优选的，二次颗粒D50粒径控制为3.8～4.3μm，外壁厚度d₁为0.7～1.1μm，壁孔比R为 0.24～0.69，一次颗粒为密实板块状且长径比为3.89～6.47。

上述两种优选材料具有接近的壁孔比，一种采用稍大粒径与疏松略厚外壳中空结构，另一种采用小粒径与紧实薄外壳中空结构，两种材料通过外壁厚度、壁孔比、一次颗粒形貌综合互补，实现了较佳的高功率和长循环性能。

优选的，所述高功率长循环镍钴锰三元正极材料的通式为Li_uNi_1-x-y-zCo_xMn_yM_zN_vO_2-w，其中，0.9＜u＜1.2，0＜x＜0.3，0＜y＜0.3，0≤z≤0.02，0≤v≤0.01，-0.05≤w≤0.05，M为掺杂元素，N为包覆元素；M为Al、Mg、Zr、Ti、Y、W、Ta、Nb、Ce、Sn、B、Mo中的至少一种，N为Al、Zr、Ti、Y、W、Nb、Ce、Sn、B、Mo、F中的至少一种。