[发明专利]一种三元材料前驱体及其制备方法、三元材料和电池

说明书

一种三元材料前驱体及其制备方法、三元材料和电池，所述三元材料前驱体包括由Ni_xCo_y(OH)_z一次颗粒团聚形成的Ni_xCo_y(OH)_z二次颗粒以及均匀分散在Ni_xCo_y(OH)_z一次颗粒间隙中的氧化铝颗粒，以三元材料前驱体中的镍元素和钴元素的总的摩尔数为基准，所述Ni_xCo_y(OH)_z二次颗粒的表面的铝的含量低于0.1%；本申请制备的镍、钴、铝三元材料前驱体，存在前驱体的表面的氧化铝的含量极低，能够大大降低后期高温锂化过程中三元材料表面惰性α‑Al₂O₃的形成。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池正极活性材料前驱体及其制备方法、正极材料和电池。

背景技术

现有技术中制备镍钴铝三元材料，通常采用的方法有共沉淀法，将镍、钴、铝三种元素配制成混合盐溶液，与络合剂以及沉淀剂按照一定的速率同时泵入反应釜中，于一定温度下搅拌制备球型形貌的镍钴铝三元材料前驱体，此种方法由于在共沉淀的过程中，Al(OH)₃的溶度积远低于Ni(OH)₂和Co(OH)₂，所以Al(OH)₃会优先沉淀，三种元素很难达到原子级别的共混，难形成内部元素分布均一的前驱体，另外，Al(OH)₃的沉淀为絮状沉淀，容易破坏前驱体的球型生长，导致较难形成均一的二次球；也有方案通过在混合的过程中加入新的络合剂，以降低Al的沉淀速度，实现Al、Ni、Co的共沉淀，但该种络合剂能够同时络合Ni和Co，从而对Ni和Co的沉淀造成影响，因而合成的前驱体球型形貌差。为了解决上述问题，现有有通过先制备镍、钴的二元前驱体，然后在补加Al源和Li源进行热处理，该方案的影响在于，Al是后续加入的，容易在二元前驱体的表面富集，该部分富集的的铝在后期热处理的过程中，易形成氧化铝惰性层，从而影响三元材料的导锂性能。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出了一种正极活性材料前驱体，包括由Ni_xCo_y(OH)_z一次颗粒团聚形成的Ni_xCo_y(OH)_z二次颗粒以及均匀分散在一次颗粒间隙中的纳米氧化铝颗粒，以三元材料前驱体的重量为基准，所述三元材料前驱体的表面的铝的含量低于0.1%。

本申请的发明人发现，现有技术制备的镍、钴、铝三元材料前驱体，氧化铝会在前驱体的表面富集，该部分富集的氧化铝会在前驱体高温锂化的过程中以惰性的α-Al₂O₃的形式存在，严重影响正极活性材料的导锂性能；而本申请制备的镍、钴、铝三元材料前驱体，存在前驱体的表面的氧化铝的含量极低，能够大大降低后期高温锂化过程中三元材料表面惰性α-Al₂O₃的形成。

本发明还提出了一种一种三元材料前驱体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)将镍盐、钴盐按配比混合形成混合溶液；

(2)取纳米氧化铝粉末分散在水溶液中形成悬浊液；

(3)将混合溶液、悬浊液、络合剂的水溶液以相同的速率混合，反应后喷雾干燥制备得到三元材料前驱体。

本发明提出的三元材料前驱体的制备方法，通过先将纳米氧化铝利用超声分散在水溶液中，制成纳米氧化铝均匀分散的悬浊液，然后将该悬浊液与镍盐、钴盐的混合容易以及络合剂以相同的速率进行混合，制备得到的三元材料前驱体，氧化铝不会在二次颗粒表面富集，而是均匀分散在形成二次颗粒的一次颗粒的间隙中，二次颗粒的表面的铝含量极低，降低了后期前驱体与锂盐混合高温烧结的过程中三元材料表面的惰性氧化铝的形成，由此提高正极活性的的导锂性能。