[发明专利]一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法，该正极材料为内层、包覆内层的中间层和包覆中间层的外层组成的三层核壳结构；内层化学式为LiNi_aCo_bMn_1‑a‑bO₂，0.6≥a≥0.3，b≥1‑a‑b＞0；中间层化学式为LiNi_mCo_nMn_1‑m‑nO₂，m＞0.8，n＞0，1‑m‑n＞0；外层化学式为LiNixCoyMn1‑x‑yO2，x≥0.4，y＞0，1‑x‑y≥0.3。本发明方法通过共沉淀法制备三层核壳结构前驱体；将前驱体、锂源球磨混合、高温烧结，得到所需三层核壳正极材料。本发明的三元正极材料具有高比容量、好的循环稳定性和强热稳定性，可有效缓冲充放电过程中的应力，抑制裂纹的产生及扩展，增强正极材料与电解液的界面稳定性和热稳定性。本发明制备过程简单、成本低廉、且能够减少生产过程中金属离子排放，适合规模化生产，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着消费电子和电动汽车长续航的需求越来越迫切，开发并使用更高镍含量的三元正极材料是未来发展必然趋势。然而随着三元正极材料中镍含量升高，电池循环性能急剧下降，这是由于镍含量越高，正极材料在充放电过程中体积膨胀越严重，使得正极材料在在反应过程中承受巨大的应力，易导致裂纹产生，这一方面使得正极材料颗粒之间相互分离，失去电活性，另一方面电解液会渗透只颗粒内部，不可避免产生副反应，这些不但会降低电池比容量，而且也会降低电池安全性能。为解决上述问题，一种常用策略是制备核壳或梯度结构三元正极材料，这种三元正极材料特点是：内部为高镍三元正极材料，外部为低镍三元正极材料。这种结构具有两个优势，一是外部低镍三元正极材料隔绝内部高镍三元正极材料与电解液的直接接触，二是外部低镍三元正极材料抑制内部高镍三元正极材料的体积变化，上述优势能够提高镍三元正极材料循环性能。然而，这种结构并没有缓解微裂纹的产生，使得电池循环性能改善效果有限，这是由于微裂纹都是从内部因应力集中产生并扩展的，而现有核壳结构或梯度结构均是从外部来解决问题，因此，内部高镍三元正极材料仍然会不可避免地产生较大应力，并最终诱导裂纹产生，恶化电池循环性能。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种锂离子电池三元正极材料，所述三元正极材料为三层核壳结构，由内到外分别为内层、包覆内层的中间层和包覆中间层的外层；其中，

内层化学式为LiNi_aCo_bMn_1-a-bO₂，0.6≥a≥0.3，b≥1-a-b＞0；

中间层化学式为LiNi_mCo_nMn_1-m-nO₂，m＞0.8，n＞0，1-m-n＞0；

外层化学式为LiNixCoyMn1-x-y O2，x≥0.4，y＞0，1-x-y≥0.3。

优选地，所述三元正极材料的内层厚度为0.1-1微米，中间层厚度为5-15微米，外层厚度1-3微米。

优选地，所述三元正极材料的镍元素含量占镍、钴、锰三种元素总含量的摩尔分数≥80％，钴和锰元素含量占镍、钴、锰三种元素总含量的摩尔分数≤20％。

本发明还提供了上述锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：