[发明专利]一种三元正极材料及制备方法、锂离子电池

说明书

本发明第一方面提供了一种三元正极材料，所述三元正极材料为单晶结构，所述三元正极材料的化学式为Li_aNi_xCo_yD_zO₂，其中，D包括锰元素或铝元素，1≤a≤1.2，0x≤0.9，0y0.4，0z0.5，x+y+z＝1，所述三元正极材料的压实密度为3.65‑3.85g/cm³。本发明提供的三元正极材料由于具有单晶结构，因此大大提高了三元正极材料的压实密度。本发明第二方面提供了一种三元正极材料的制备方法，利用本发明提供的制备方法，通过改变各种原料滴加的顺序，使锂源可缓慢连续地与镍钴锰源或镍钴铝源进行混合，因而可制备出具有单晶结构的、高压实密度的三元正极材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种三元正极材料及制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于较高的工作电压、高能量密度和较小的自放电水平等优点，现已广泛应用于消费类移动设备、新能源电动汽车和电力储能领域中。其中，三元正极材料在锂离子电池中占据着重要的地位。但传统的三元正极材料一般内部间隙较多，结构缺陷明显，最终导致三元正极材料的压实密度不高，降低了锂离子电池的能量密度。目前有学者通过将镍源、钴源、锰源和锂源混合后加入络合剂，得到三元正极材料，但三元正极材料为二次团聚状颗粒，团聚现象仍严重，内部间隙较多，压实密度还无法达到用户的需求。

发明内容

鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供了一种三元正极材料及制备方法、锂离子电池，通过采用溶胶凝胶法，经过热处理烧结，即可合成出单晶结构，高压实密度的三元正极材料。

本发明第一方面提供了一种三元正极材料，所述三元正极材料为单晶结构，所述三元正极材料的化学式为Li_aNi_xCo_yD_zO₂，其中，D包括锰元素或铝元素，1≤a≤1.2，0x≤0.9，0y0.4，0z0.5，x+y+z＝1，所述三元正极材料的压实密度为3.65-3.85g/cm³。

本发明第一方面提供的三元正极材料为镍钴锰酸锂三元正极材料或镍钴铝酸锂三元正极材料。首先，本发明提供的三元正极材料为单晶结构，不会发生团聚现象、形成二次团聚状颗粒。因此在制备正极片辊压过程中不会发生颗粒的破碎，可使得三元正极材料分布均匀，提高了锂离子电池的电性能。而且单晶结构的三元正极材料颗粒与颗粒之间结构紧密，孔隙较小，促进了三元正极材料压实密度的提升，最终使得三元正极材料与电解液接触时，减少了副反应的发生，防止了电池发生膨胀。

其次，本发明提供的三元正极材料压实密度高达3.65-3.85g/cm³。大大提高了三元正极材料的压实密度。因此，高压实密度的三元正极材料不仅可以在压制电极极片的过程中避免产生细小微粒而出现微粒脱落，而且大大提高了单位体积下的三元正极材料的能量密度。

其中，所述三元正极材料还包括改性元素M，含所述改性元素M的三元正极材料的化学式为Li_aNi_xCo_yD_zM_bO₂，其中，D包括锰元素或铝元素，1≤a≤1.2，0x≤0.9，0y0.4，0z0.5，0.01b0.1，x+y+z＝1，所述M包括钾、钠、镁、铝、锌、钛、锆、铌、铬、锂、铷和稀土元素的中的一种或多种。

其中，所述三元正极材料的颗粒大小为1-10μm。

本发明第二方面提供了一种三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：