[发明专利]一种高容量、长循环镍钴锰三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高容量、长循环镍钴锰三元正极材料，晶粒尺寸为200nm～300nm；所述三元正极材料的残余应力为0.15～0.3。本发明的制备方法：按照化学计量比将三元正极材料前驱体和锂源混合；将混合料进行第一阶段烧结和第二阶段烧结，且第一阶段的烧结温度比第二阶段的烧结温度高5℃～20℃；将烧结后的物料冷却、过筛，获得高容量、长循环镍钴锰三元正极材料。本发明的三元正极材料的晶粒尺寸为200nm～300nm，残余应力为0.15～0.3，残余应力在该范围内的三元正极材料可以保证电池同时兼顾较佳的容量和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，尤其涉及一种高容量、长循环镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池在我们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，从3C数码产品到电动汽车，都为我们的生活提供了极大的便捷。研发出成本更低、能量密度更高和循环寿命更长的电池是整个新能源行业的追求。

镍钴锰三元正极材料是一类新型的高能量密度锂离子电池材料，其具有原材料成本低、压实密度高、能量密度高的优点。通常，在制备镍钴锰三元正极材料的过程中需要控制其晶粒尺寸的大小，其性能较优的晶粒尺寸范围为200～300nm。烧结温度过低，晶粒尺寸小于这个范围，得到的材料结晶性不佳；烧结温度过高，晶粒尺寸大于这个范围，过烧得到的材料偏单晶化，性能下降。而在上述晶粒尺寸区间亦存在容量和循环的平衡，烧结温度较低，结晶性越差，晶粒尺寸越小，容量越低，但应力较低，得到的正极材料循环性较好。烧结温度越高，得到的正极材料结晶性越好，容量越高，但晶粒尺寸越大，应力越大，循环性能不佳。按照现有的烧结工艺，需要在容量和循环性能之间作取舍，最终烧结得到的正极材料难以兼具较佳的容量和循环性能。

发明内容

本发明提供一种高容量、长循环镍钴锰三元正极材料及其制备方法，以解决以上背景技术中提到的三元镍钴锰正极材料无法同时兼顾较佳的容量和循环性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高容量、长循环镍钴锰三元正极材料，所述三元正极材料的晶粒尺寸为200nm～300nm；所述三元正极材料的残余应力为0.15～0.3。残余应力是通过X射线衍射法测试及精修获得，其中，XRD测试采用德国布鲁克(D8 ADVANCE)，扫描范围为10°≤2θ≤80°，扫速为5°/min，采用Topas精修软件，Pawley全谱拟合法将各Ik作为精修参数，衍射峰位由晶胞参数算出，指定峰形函数及峰延续范围；同时，作零点校正，晶胞参数、峰形参数也同时精修。说明书涉及的残余应力均是按照该方法测试并计算得到的。

上述的三元正极材料，优选的，所述三元正极材料的晶粒尺寸为250nm～280nm；所述三元正极材料的残余应力为0.20～0.25，在该范围内可进一步提高三元正极材料的容量和循环性能。

上述的三元正极材料，优选的，所述三元正极材料的分子式为Li_aNi_bCo_cMn_dO₂，其中，0.95≤a≤1.05，0.3≤b≤1，0.1≤c≤0.3，0.1≤d≤0.3。

上述的三元正极材料，优选的，所述三元正极材料的中位径D50为7μm～15μm。进一步优选的，D50为9～12μm。

上述的三元正极材料，优选的，所述一次颗粒形貌呈长条状或不规则方块状，更优选为长条状。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照化学计量比将三元正极材料前驱体和锂源混合；锂源与三元前驱体的摩尔比为1.01～1.12；