[发明专利]双层复合结构三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层复合结构三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。本发明正极材料的分子式为LiNi_xCo_1‑x‑yMn_yO₂，0＜x＜1,0＜y＜1,x+y＜1，所述正极材料为双层结构；内层为由纳米级颗粒凝集组成的疏松多孔结构；外层为由微米级粒子通过放射状定向排列堆积而包围内层的结构。本发明通过控制材料前驱体合成工艺，制得具有双层复合结构的前驱体材料，通过烧结，进一步制得双层复合结构的正极材料。本发明方法制得的正极材料循环性能好、安全性能高，半电池1C循环100次，循环保持率在95%以上，全电池1C循环寿命2000次以上。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种双层复合结构三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种新型的二次电池，由于自身具有比能量高、循环寿命长、放电稳定性好、环境污染小及开发潜力大等明显优势，现已成为全球能源产业发展和开发的一个重点方向。正极材料在锂离子电池中发挥着举足轻重的作用，因此，正极材料的开发利用发展尤为迅速，三元正极材料又以能量密度高、成本相对较低以及循环性能优异等特点成为诸多正极材料中潜力最大最有发展前景的一种，受到人们的青睐，广泛应用于消费类产品、数码类产品、动力产品和无人机等领域。

三元正极材料一般为微米级的球形颗粒，在充放电过程中，锂离子的“脱出”或“嵌入”往往会由于液相和固相的扩散系数以及扩散路径的差异而形成极化现象的产生，从而导致材料局部过充和过放的问题，影响材料的循环稳定性；另外，锂离子“脱出”或“嵌入”的过程，会导致材料球形颗粒发生体积变化，甚至导致颗粒破碎，严重影响电池的安全性能。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，以解决现有制备方法制得的三元正极材料循环性能和安全性能无法满足市场需求的问题，本发明提供了一种双层复合结构三元正极材料及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一种双层复合结构三元正极材料，分子式为LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂，0＜x＜1, 0＜y＜1,x+y＜1，所述正极材料为双层结构；内层为由纳米级颗粒凝集组成的疏松多孔结构；外层为由微米级粒子通过放射状定向排列堆积而包围内层的结构。

作为优选方案，所述纳米级颗粒的直径为10-100 nm；所述微米级粒子的直径为0.5-5 μm。

所述正极材料由含有双层结构的前躯体热处理而得，所述前躯体的分子式为LiNi_xCo_1-x-yM_y(OH)₂，0＜x＜1, 0＜y＜1, x+y＜1。

所述双层复合结构三元正极材料的制备方法，包括步骤：

1）合成内层结构；以络合剂溶液A作为底液，在惰性气体氛围中，搅拌下滴加镍钴锰盐溶液，同时滴加络合剂溶液B和沉淀剂溶液；控制反应体系pH值为10.0-13.0，反应温度为40-60℃进行反应，得到前躯体固液混合物A；

2）合成外层结构；在惰性气体氛围中，向所述前躯体固液混合物A中滴加镍钴锰盐溶液，同时滴加络合剂溶液B和沉淀剂溶液，控制反应体系pH值为9.0-12.5，反应温度为40-60℃，搅拌下进行反应，得到前躯体固液混合物B；

3）热处理；所述前躯体固液混合物B过滤并烘干得双层结构的前躯体，所述双层结构的前躯体与锂盐混合均匀，首先升温至300-550℃，保温3-8 h，随后升温至600-1000℃，保温8-30h；升温和保温过程均通入空气或氧气或空气与氧气的混合气，热处理结束后继续通气至冷却至室温，得双层复合结构三元正极材料。