[发明专利]一种球形锂离子电池正极多元前驱体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种球形锂离子电池正极多元前驱体材料及制备方法和由该前驱体材料制备而成的多元正极材料及制备方法,多元前驱体材料组成为Ni_xCo_yMn_zM_{1‑x‑y‑z}(OH)₂或Ni_xCo_yMn_zM_{1‑x‑y‑z}CO₃，多元正极材料的化学组成为LiNi_xCo_yMn_zM_{1‑x‑y‑z}O₂，前驱体材料的制备方法为引入晶种的共沉淀法，通过引入晶种的共沉淀法，实现了多元前驱体材料共沉淀反应初期大量成核的工艺，并利用共沉淀法搅拌均匀、容易控制的特点，使制备的多元前驱体材料具有球形度高、振实密度高、粒径分布集中、粒径小(1‑6μm)的特点,这种多元前驱体材料，由于粒径分布集中、粒径小，使烧结后的正极材料均一性高，提升正极材料在充放电过程中的结构稳定性，提高材料的循环性能和倍率性能,方法简单，成本低，效率高，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种球形锂离子电池正极多元前驱体材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池自20世纪90年代实现商业化以来，迅速成为最重要、应用最为广泛的二次电池。经过多年的发展，锂离子电池已经广泛应用于各类小型便携式电子产品和电动工具中，并且随着近年来世界各国对能源的关注度提升，正逐渐大量运用于新能源汽车市场。正极材料是制造锂离子电池的关键材料之一，由于一般正极材料的比容量明显低于负极材料，使得正极材料性能直接影响最终电池的各项指标。所以，对于正极材料的开发显得格外重要。

钴酸锂(LiCoO₂)是Sony公司第一批商用锂离子电池中使用的正极材料，目前仍然是现今锂离子电池市场的主流材料。但由于钴毒性较大，价格较高，且过多脱出的Li⁺会加剧由于氧层排斥引起的结构不稳定性，造成生产成本高和安全性差的问题，因此人们一直在寻找更好的替代材料。层状锰酸锂电压较高，成本也较低，但循环过程中会发生John-Teller效应导致容量保有率不理想。而磷酸铁锂高倍率下极化大、可逆容量下降快，导电性差等问题的存在也限制了其应用。

相比之下，镍钴锰酸锂三元材料(LiNi_xCo_yMn_zO₂)具有与LiCoO₂类似的单相层状结构。基于过渡金属间的协同作用，三元金属氧化物材料结合了LiCoO₂良好的倍率性能、LiNiO₂的高容量、以及由于Mn4+存在而获得的结构稳定性。在该材料中，Ni为主要的活性物质，其含量与正极材料的容量正相关；因此，开发高镍的三元材料已经成为锂离子电池三元正极材料的发展趋势。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了球形锂离子电池正极多元前驱体材料及其制备方法和应用，解决了采用共沉淀法制备过程中出现的二次颗粒团聚、球形度差、粒径分布不够集中、粒径大导致烧结后的正极材料一致性差、应力大、容易破碎、性能衰减快的问题，提供了一种引入晶种的共沉淀法，实现了多元前驱体材料共沉淀反应初期大量成核的工艺，并利用共沉淀法搅拌均匀、容易控制的特点，使制备的多元前驱体材料具有球形度高、振实密度高、粒径分布集中、粒径小(1-6μm)的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

首先，提供了一种球形锂离子电池正极多元前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：