[发明专利]一种正极材料前驱体及其制备方法、正极材料及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种正极材料前驱体，具有如式(I)所示的通式：Ni_xCo_yMn_zAl_{1‑x‑y‑z}(OH)₂ (I)；所述正极材料前驱体为正极材料前驱体六方片组成的球形颗粒，且所述正极材料前驱体六方片上复合有正极材料前驱体纳米颗粒。本发明得到了三元或四元正极材料的前驱体，由六方片组成球形颗粒，而且前驱体六方片上还复合有前驱体的纳米颗粒，这些多层的六方片状及其表面的纳米颗粒组成类球形颗粒，结构完整均一，六方片状表面的纳米颗粒能够有效改善正极材料加工性能，改进了正极材料结构稳定性，提高了正极材料循环性能，六方片状表面的纳米颗粒还增大了材料的比表面积，降低了材料循环过程中的内阻，提高了材料的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种正极材料前驱体及其制备方法、正极材料及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜、电解液和壳体，具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。在锂离子电池的所有组件中，尤其是发明超浓缩电解质后，电极材料一直是提高其能量密度的主要瓶颈，正极是锂离子电池关键材料之一，决定着锂离子电池的性能，因此也一直是科研人员的研究热点。锂离子电池的正极，即正极片通常包括正极活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂和集流体，这其中最为关键的就是正极活性材料。特别是2015年开始，新能源汽车行业迎来全面爆发期，与传统汽车相比，由于动力电池决定着的新能源汽车的续航能力以及安全性，一直是新能源汽车厂家和消费者关注的核心；提升车辆的续航里程，关键在于提升动力电池的能量密度，越来越多的电池厂商开始大力开展高能量密度动力电池的研发工作。

在目前的动力锂离子电池正极材料中，镍钴锰酸锂三元正极材料(NCM)和镍钴铝酸锂三元正极材料(NCA)，由于三种元素的协同效应，具有能量密度高、成本较低和环境友好等优点，成为近几年来全球市场动力锂离子电池应用领域增量极大的正极活性材料。以NCM为例，在电压为3.0～4.3V范围内时，虽然具有较长的周期和循环寿命，但是比电容仅为130～150mA/hg。经过业内的持续研究，近些年有报道指出，当该材料电池容量的增加，不影响其使用寿命，因而三元NCM正极材料，在提高克容量方面已引起学术界和工业界极大的兴趣。如阳离子/阴离子掺杂、涂层、浓度梯度的设计等等。但是改良后的三元NCM材料的实际容量仍低于200mA/hg，且改良后的三元NCM材料的结构稳定性和循环性能不理想，尤其是结构稳定性会出现下降。

因此，如何解决三元正极材料的结构稳定性、电池容量与电化学循环性能等方面的问题，已成为业内诸多厂商和一线研究人员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正极材料前驱体及其制备方法。本发明提供的正极材料前驱体制备的正极材料用于锂离子电池，具有较高的结构稳定性和电池容量，以及较好的电化学循环性能。同时，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和，适用于大规模生产应用。

本发明提供了一种正极材料前驱体，具有如式(I)所示的通式：

Ni_xCo_yMn_zAl_1-x-y-z(OH)₂ (I)；

其中，0x1，0＜y1，x+y1，0≤z1，x+y+z≤1；

所述正极材料前驱体为正极材料前驱体六方片组成的球形颗粒，且所述正极材料前驱体六方片上复合有正极材料前驱体纳米颗粒。

优选的，所述正极材料前驱体的六方片包括多层六方片组成的多层体，或，多层六方片组成的多层体和单层六方片；

所述多层的层数为2～50层；

所述纳米颗粒的粒径为100～300nm；