[发明专利]一种球形高电压镍锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供了一种镍锰酸锂正极材料，所述镍锰酸锂正极材料具有球形体颗粒形貌；所述球形体颗粒形貌为由截角八面体形貌的一次颗粒堆叠形成的球形体二次颗粒形貌。本发明提供的一种截角八面体一次颗粒组成的球形高电压镍锰酸锂材料，一次颗粒具有特定的形状和排列方式，这种截角八面体密堆构成的球形镍锰酸锂材料，能够减小材料的空隙率和比表面积，提高材料的压实性能、倍率性能和循环性能，尤其是高温循环性能优异。同时本发明球形体二次颗粒的表面(111)晶面紧密排列，进一步减小了一次颗粒间的空隙，减小了材料的比表面积，保证球形二次颗粒表面和内部的最大堆积，可以提高材料的压实密度。

技术领域

本发明属于镍锰酸锂正极材料技术领域，涉及一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池，尤其涉及一种球形高电压镍锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种新型储能装置，具有工作电压高、循环寿命长、无记忆效应等优点，为3C数码类产品、航模、电动工具和电动汽车等器件提供电力能源。随着应用领域的不断扩展，人们迫切需要锂离子电池能够具有更大的能量密度和功率密度，而正极材料作为锂离子电池的关键组成部分之一，直接影响锂离子电池的性能。高电压镍锰酸锂由于较高的放电电压、较高的能量密度和较低的生产成本，受到了研究技术人员的广泛关注。但是，目前商业化镍锰酸锂正极材料还存在与电解液产生副反应、锰离子的溶解、循环性能和倍率性能较差的问题，而材料形貌控制是改善这些问题的方法之一。

现有技术中也公开了一些相应的改进方案，如专利CN106684350中公开了一种高电压正极材料镍锰酸锂的制备方法，采用草酸盐和碳酸盐同时作为沉淀剂，通过共沉淀法得到草酸/碳酸镍锰复合前驱体，预烧后分散于氢氧化锂的水溶液中进行喷雾干燥，高温煅烧得到高电压正极材料镍锰酸锂。所制备的材料形貌成球形，具有高电压、高振实、高容量、倍率性能优良等优点，但是这种球形形貌的镍锰酸锂材料表面存在较多的空隙结构，压实密度较低，在极片压实过程中容易破碎导致电池性能变差；材料比表面积较大，在高温循环过程中容易发生锰离子的溶解，导致循环性能变差。

因此，如何找到一种更为适宜的形貌的镍锰酸锂正极材料，解决目前现有研究中存在的上述技术问题，已成为业内诸多一线研究人员及研发型企业广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种镍锰酸锂正极材料及其制备方法、锂离子电池，特别是一种球形高电压镍锰酸锂正极材料。本发明提供的镍锰酸锂正极材料，是一种由截角八面体一次颗粒组成的球形高电压镍锰酸锂材料，其一次颗粒具有特定的形状和排列方式，这种截角八面体密堆构成的球形镍锰酸锂材料，能够减小材料的空隙率和比表面积，提高材料的压实性能、倍率性能和循环性能，尤其是高温循环性能优异，而且工艺简单，条件温和易控，生产成本低，更加有利于大规模工业化生产的推广和应用。

本发明提供了一种镍锰酸锂正极材料，所述镍锰酸锂正极材料具有球形体颗粒形貌；

所述球形体颗粒形貌为由截角八面体形貌的一次颗粒堆叠形成的球形体二次颗粒形貌。

优选的，所述截角八面体一次颗粒包括(100)晶面和(111)晶面；

所述(111)晶面总面积占镍锰酸锂正极材料外表面积的80％～99.9％。

优选的，所述(111)晶面的表面光滑平整；

所述(111)晶面与球形体二次颗粒的切面平行。

优选的，所述相接的(100)晶面与(111)晶面之间的棱长为棱长I，所述相接的两个(111)晶面之间的棱长为棱长II，所述棱长Ⅰ与棱长Ⅱ的长度比为(0.01～1)：1；

所述镍锰酸锂包括尖晶石镍锰酸锂、尖晶石和层状结构复合的镍锰酸锂。

优选的，所述镍锰酸锂正极材料的压实密度为3.0～3.4g/cm³；