[发明专利]一种正极材料前驱体及其制备方法、正极材料和电池

说明书

本发明提供一种正极材料前驱体及其制备方法、正极材料和电池。所述正极材料前驱体，包括核心和用于包覆核心的包覆层，包覆层的层数n≥3，所述包覆层包括第1包覆层、第2包覆层……第1+m包覆层，其中，m为正整数，1+m≤n，任意相邻两层中序号为奇数的包覆层中的一次颗粒的粒径大于等于序号为偶数的包覆层中的一次颗粒的粒径；所述第1包覆层与所述核心接触，所述核心中的一次颗粒的粒径小于所述第1包覆层中的一次颗粒的粒径；所述金属氢氧化物为NixCoyMn1‑x‑y(OH)2，其中，0.5≤x≤0.9，0.1≤y≤0.2，本发明制备的正极材料前驱体具有多层结构，且层数可调节，任意相邻两层中的一次颗粒的粒径大小不同，制备得到的正极材料一致性好且开裂少，将制备得到的正极材料应用于电池可进一步提高电池的循环性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种正极材料前驱体及其制备方法、正极材料和含有该正极材料的电池。

背景技术

目前三元材料前驱体的形貌多为无包覆层的一次颗粒组成的二次球形颗粒，二次球的粒径为10-11微米(用于常规三元材料)或3-5微米(用于单晶三元材料)。从前驱体内部结构来看：用于常规三元材料的前驱体通常采用连续法生产工艺，此工艺优点产能大，但二次球粒径分布宽；用于单晶三元材料的前驱体通常采用间歇法生产工艺，该工艺制备的二次球粒径分布窄，二次球的一致性较好，但是产能较低，得到的三元材料前驱体的结构为核心表面包覆有包覆层，包覆层为单层结构。而上述两种的三元材料前驱体，经烧结后得到的三元材料在使用过程中容易开裂，影响电池的循环性、倍率性和安全性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的至少一个技术问题，为此，本发明提供了一种多层结构的正极材料前驱体及其制备方法、以及其制备的正极材料，含有该正极材料的锂离子电池循环性能和稳定性能表现较为良好，以及其制备方法工序简单。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种正极材料前驱体，包括核心和用于包覆核心的包覆层，所述包覆层的层数n≥3；所述包覆层包括第1包覆层、第2包覆层……第1+m包覆层，其中，m为正整数，1+m≤n，任意相邻两层中序号为奇数的包覆层中的一次颗粒的粒径大于等于序号为偶数的包覆层中的一次颗粒的粒径；所述第1包覆层与所述核心接触，所述核心中的一次颗粒的粒径小于所述第1包覆层中的一次颗粒的粒径；所述核心和包覆层含有金属氢氧化物，所述金属氢氧化物为Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂，其中，0.5≤x≤0.9，0.1≤y≤0.2。

本申请提供的正极材料前驱体为多层结构，任意相邻两层中的一次颗粒的粒径大小不同，优选采用含有粒径较小的一次颗粒层与含有粒径较大的一次颗粒层，层层交替包覆形成致密性高的正极材料前驱体，同时，相邻两层之间接触的过渡区域中，粒径较小的一次颗粒的颗粒数量较多，排列、生长方向与粒径较大的一次颗粒不一致，较为杂乱，有利于后续烧结过程的应力释放。同时，与粒径较大的一次颗粒相比，粒径较小的一次颗粒的数量较大，孔洞数量较多，粒径较小的一次颗粒所在的包覆层的孔隙率较大，制得的正极材料一致性好，开裂少，进一步提高电池的循环性和稳定性。

本发明第二方面提供一种正极材料前驱体的制备方法，该方法包括：

1）将镍盐、钴盐和锰盐以x:y:1-x-y的摩尔比混合，得到总浓度为1-3mol/L的混合盐溶液；配制浓度为4-13mol/L的氨水溶液；配制浓度为2-8mol/L的氢氧化钠溶液；

2）在反应容器中加入水作为反应底液，在恒定温度为45-60℃的条件下，将1）中的氨水溶液和氢氧化钠溶液滴加到水中，搅拌，得到pH为12-13，氨浓度为0.3-0.8mol/L的反应底液；