[发明专利]一种镍钴锰三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镍钴锰三元正极材料，该材料的颗粒具有孪生或三生的中空结构，是由2～3颗具有中空结构的二次颗粒构成的聚集体融合而成，聚集体中相邻二次颗粒接触的壳层界面融合成一体。该材料是将具有中空结构的二次颗粒前驱体进行二次反应，使2～3颗二次颗粒形成聚集体形态的前驱体，与Li源混合，经负压烧结得到。本发明的镍钴锰三元正极材料相比于现有的高功率镍钴锰三元材料，该结构的三元正极材料振实密度更高、残碱量更低、电池内阻更低，高温循环性能更优。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，对PHEV和HEV等各种动力型汽车用高功率三元材料的要求越来越高。在追求高容量的同时，对高倍率、低内阻提出更高的要求。目前主要方法为将正极材料做成粒径为3～10μm的多孔或中空结构的小颗粒，以此来降低电池内阻、提高倍率性能。例如CN112047397A涉及一种中空结构、内部多孔隙的粒度D50在4～10um的二次颗粒材料；CN111276680A涉及一种粒度D50为3～5μm、内部中空的核壳结构前驱体正极材料及其制备方法。

可见，现有技术采用的手段大致为减小颗粒粒径、形貌控制为多孔或中空结构的二次颗粒。但是这些方案都存在如下问题：①小颗粒产品的振实密度低，引起电池能量密度降低；②小颗粒、多孔结构产品的残碱量较高，引起高温存储性能降低；③小颗粒、中空或多孔结构虽然能一定程度上降低电池的内阻，但降幅空间有限；④产品的二次颗粒致密性差，在恶化充放电条件下晶界间易发生结构剥离和坍塌，电池在高温循环过程中容量大幅衰减。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有高能量密度、低内阻的锂离子电池镍钴锰三元正极材料及其制备方法。

为实现以上目标，本发明采用如下的技术方案：

一种镍钴锰三元正极材料，所述镍钴锰三元正极材料的颗粒（此处的颗粒可以理解为三次颗粒）具有孪生或三生的中空结构。本方案中，具体地，所述镍钴锰三元正极材料的颗粒是由2～3颗具有中空结构的二次颗粒融合形成，所述二次颗粒由壳体和壳体内的中空结构组成，所述壳体由一次颗粒构成。

上述的镍钴锰三元正极材料，优选的，所述镍钴锰三元正极材料的分子式为Li(Ni_xCo_yMn_z)_1-aM_aO₂，其中M为选自Sr、Al、W、Ti、Zr、V、Nb、B、Y和La中一种或多种元素，其中0.30≤x≤0.80，0.00＜y≤0.30，x+y+z=1，0.00≤a≤0.05。

上述的镍钴锰三元正极材料，优选的，所述镍钴锰三元正极材料的颗粒由2～3颗具有中空结构的二次颗粒构成的聚集体融合而成；

所述融合是指所述聚集体中相邻二次颗粒接触的壳层界面融合成一体，所述接触的界面融合成一体形成所述相邻二次颗粒共同的壳层部分，使相邻二次颗粒具有部分共同的壳层；

所述二次颗粒的直径为1.5～3.0μm。

上述的镍钴锰三元正极材料，优选的，所述镍钴锰三元正极材料是将具有中空结构的前驱体二次颗粒进行络合反应，使2～3颗前驱体二次颗粒形成聚集体形态的前驱体，与Li源混合，经负压烧结，即得。

作为一个总的发明构思，还提供一种镍钴锰三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将具有中空结构的镍钴锰三元正极材料前驱体（即镍钴锰三元正极材料前驱体的二次颗粒为中空结构二次颗粒）加入到含氨水和NaOH的水溶液中，进行反应，然后经固液分离、洗涤和烘干，得到由2～3颗二次颗粒形成的聚集体形态的前驱体；

（2）将所得前驱体与Li源混合，再于含氧气氛下进行烧结，烧结气压为负压，即得。