[发明专利]一种高功率型多元材料和制备方法

说明书

本发明提供了一种高功率型多元材料和制备方法，分子式如下：LiNisubgt;1‑a‑b/subgt;Cosubgt;a/subgt;Mnsubgt;b/subgt;Osubgt;2/subgt;，其中11‑a‑b≥0.2；0.5a,b0，其形貌特征为：一次颗粒直径为0.2‑1.5um，中空结构，内部多孔隙的粒度D50在4‑10um的二次颗粒材料，颗粒内部有M元素掺杂，其中M＝Ce、Nd、Eu、Er、Ta、W、Sn中的一种或几种元素组合。本发明提供一种具有特殊微观结构的三元材料，通过特殊的工艺控制，制备出内部具有较多孔洞的一次颗粒聚合的二次颗粒前驱体，前驱体与锂盐混合后可在焙烧过程中形成具有一次颗粒包覆结构的内部多孔多元正极材料；可以在保证低钴含量低成本优势同时获得材料的高功率与长寿命并重的二次颗粒三元材料，使用一次颗粒包覆技术，有效提升焙烧后材料的使用寿命同时减少了二烧工艺大幅降低材料生产成本。

技术领域

本发明属于锂离子正极材料技术领域，尤其是涉及一种高功率型多元材料和制备方法。

背景技术

锂离子电池是近十多年来迅猛发展起来的一种高能电池，由于其具有高电压、高比能、循环周期长、环境污染小等优势，目前已经成为我国新能源产业发展的一个重点方向。而正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是锂离子电池中成本比例最高的部分。

目前三元材料由于具有较高的比能量密度可以带来较长的续航里程，在新能源汽车商业化应用中得到广泛关注。并且随着电芯制造成本的不断下降，三元材料动力电池应用于PHEV和HEV比例不断上升，逐步侵占铅酸电池的应用市场。随着替代进程的不断加快，电池制造厂商对于三元材料的功率性能有了更高的要求，目前的三元材料已经渐渐不能满足电池制造商对其功率性能上的需求。

但是作为功率型电池正极材料的多元材料还是存在一定问题的：

(1)功率型材料多为二次团聚球，在高电压或较大电流充放电条件下易从晶界间发生结构剥离和坍塌，引发电池在高温循环过程中容量大幅衰减；

(2)功率性能较差，无法满足现有电芯开发的需求；

(3)通过添加大量的钴元素来达到提高材料倍率性能的目的，这样大幅提高了正极材料的成本。

研究人员试图通过制备大晶粒或大单晶多元正极材料来解决上述问题。多数工艺通过将前驱体和锂盐干法混合后进行球磨破碎制备微米级颗粒之后通过高温焙烧的方式来制备类单晶颗粒。但是晶粒尺寸的增大带来了内阻增加，导致功率性能下降等不良反应。而增加钴元素含量是可以提高正极材料导电率，但是其价格的上升不符合车厂需求因此在HEV和PHEV上可以选择的正极材料方案较少。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种高功率型多元材料和制备方法，针对现有的车厂PHEV和HEV电池包对正极材料的性能改善需求提供一种具有特殊微观结构的三元材料，通过特殊的工艺控制，制备出内部具有较多孔洞的一次颗粒聚合的二次颗粒前驱体，该前驱体在与锂盐混合后可以在焙烧过程中形成具有一次颗粒包覆结构的内部多孔多元正极材料；可以在保证低钴含量低成本优势同时获得材料的高功率与长寿命并重的二次颗粒三元材料，该方法使用一次颗粒包覆技术，有效提升焙烧后材料的使用寿命同时减少了二烧工艺大幅降低材料生产成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高功率型多元材料，分子式如下：LiNi_1-a-bCo_aMn_bO₂，其中11-a-b≥0.2；0.5a,b0，其形貌特征为：一次颗粒直径为0.2-1.5um，中空结构，内部多孔隙的粒度D50在4-10um的二次颗粒材料，颗粒内部有M元素掺杂，其中M＝Ce、Nd、Eu、Er、Ta、W、Sn中的一种或几种元素组合。

本发明还提供了一种高功率型多元材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置混合溶液：