一种三元正极活性材料前驱体及其制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池，尤其涉及一种三元正极活性材料前驱体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池具有工作电压高、质量轻、能量密度大、循环寿命长等诸多优点，在电动汽车、数码相机、手机、笔记本电脑等领域得到了广泛的应用。其中，正极活性材料作为锂离子电池中的核心材料，极大程度上决定了电池的能量密度和成本，其性能直接影响着锂离子电池的性能。

2、三元正极活性材料是当前市场份额最大的动力电池正极活性材料，已成为动力电池行业的主流选择之一。目前，高镍化、高电压化、低钴化、高功率化、安全化、高循环次数成为三元正极活性材料产品的技术发展趋势。目前，商业化的三元正极活性材料大多是由纳米尺寸一次颗粒团聚形成的微米尺寸的二次球型多晶颗粒。这些多晶颗粒的内部存在大量晶界，在循环过程中，由于颗粒体积不断收缩膨胀，容易导致整个二次球开裂、破碎，使得电池的电化学环境发生剧烈变化，进而导致循环寿命缩短，电池性能也随之恶化。而三元单晶正极活性材料的内部不存在晶界，可以有效解决晶界破裂的问题。

3、但目前的三元单晶正极活性材料还存在放电比容量较低，倍率性能较差，循环性能较差的问题，无法满足制备高放电比容量，较好倍率性能和循环性能的锂离子电池的需求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种三元正极活性材料前驱体，该前驱体制备得到的三元单晶正极活性材料应用到锂离子电池中，可提高锂离子电池的放电比容量，倍率性能和循环性能。

2、本发明还提供一种三元正极活性材料前驱体的制备方法，该制备方法能够制备得到上述三元正极活性材料前驱体，且工艺简单，成本低。

3、本发明还提供一种三元单晶正极活性材料，该三元单晶正极活性材料应用到锂离子电池中，可提高锂离子电池的放电比容量，倍率性能和循环性能。

4、本发明还提供一种正极片，由于该正极片包括上述三元单晶正极活性材料，因此，该正极片用于锂离子电池，能够提高锂离子电池的放电比容量，倍率性能和循环性能。

5、本发明还提供一种锂离子电池，由于该锂离子电池包括上述正极片，因此该锂离子电池具有较高的放电比容量，较好的倍率性能和循环性能。

6、第一方面，本发明提供一种三元正极活性材料前驱体，所述前驱体为一次颗粒；

7、所述前驱体的中值粒径d50为50-200nm，比表面积为80-100m2/g。

8、如上所述的三元正极活性材料前驱体，在x射线衍射图谱中，所述前驱体包括co0.33a0.42o的衍射峰，其中，a为mn和/或al。

9、如上所述的三元正极活性材料前驱体，所述co0.33a0.42o的衍射峰包括2θ位于30-32°的第一衍射峰，2θ位于35-37°的第二衍射峰；

10、其中，所述第一衍射峰的半峰宽为0.39-0.46°，第二衍射峰的半峰宽为0.46-0.53°。

11、如上所述的三元正极活性材料前驱体，在x射线衍射图谱中，还包括2θ位于43-45°、49-52°、75-77°、79-81°的衍射峰，其中，2θ位于43-45°的衍射峰峰面积最大；

12、所述第一衍射峰与2θ位于43-45°的衍射峰的峰面积比为1.85-1.95；

13、所述第二衍射峰与2θ位于43-45°的衍射峰的峰面积比为6.31-6.41。

14、如上所述的三元正极活性材料前驱体，所述前驱体的中值粒径d50为80-150nm，比表面积为80-95m2/g。

15、如上所述的三元正极活性材料前驱体，具有式1所示的化学组成，

16、nixcoyazo，式1，

17、其中，0.51≤x＜0.7，0＜y＜0.3，0＜z＜0.3，x+y+z＝1。

18、第二方面，本发明提供一种上述三元正极活性材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：

19、1)将包括镍源、钴源、a源的原料体系在转速为1000-2000r/min下湿法砂磨处理1-5h，并经喷雾干燥处理得到混合物；

20、其中，所述砂磨处理使用的锆球粒径为0.3-0.6mm，所述锆球与原料体系的质量比为1-6:1；

21、所述喷雾干燥处理的进料速度为30-50l/h，进口温度为10-30℃，出口温度为100-120℃；

22、2)将所述混合物在压力为5-10pa，氧气含量不低于30％的含氧气氛下，以2-5℃/min升温至200-800℃，保温1-5h，得到所述三元正极活性材料前驱体。

23、第三方面，本发明提供一种三元单晶正极活性材料，所述三元单晶正极活性材料的中值粒径d50为0.6-1.3μm，比表面积为1.05-1.6m2/g。

24、第四方面，本发明提供一种正极片，所述正极片包括上述三元单晶正极活性材料。

25、第五方面，本发明提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述正极片。

26、本发明提供一种三元正极活性材料前驱体，该前驱体为一次颗粒，且具有特殊的d50和比表面积，由该前驱体可制备得到能够显著改善锂离子电池的放电比容量，倍率性能和循环性能的三元单晶正极活性材料。

技术特征：

1.一种三元正极活性材料前驱体，其特征在于，所述前驱体为一次颗粒；

2.根据权利要求1所述的三元正极活性材料前驱体，其特征在于，在x射线衍射图谱中，所述前驱体包括co0.33a0.42o的衍射峰，其中，a为mn和/或al。

3.根据权利要求2所述的三元正极活性材料前驱体，其特征在于，所述co0.33a0.42o的衍射峰包括2θ位于30-32°的第一衍射峰，2θ位于35-37°的第二衍射峰；

4.根据权利要求3所述的三元正极活性材料前驱体，其特征在于，在x射线衍射图谱中，还包括2θ位于43-45°、49-52°、75-77°、79-81°的衍射峰，其中，2θ位于43-45°的衍射峰峰面积最大；

5.根据权利要求1-4任一项所述的三元正极活性材料前驱体，其特征在于，所述前驱体的中值粒径d50为80-150nm，比表面积为80-95m2/g。

6.根据权利要求1-5任一项所述的三元正极活性材料前驱体，其特征在于，具有式1所示的化学组成，

7.一种如权利要求1-6任一项所述的三元正极活性材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种三元单晶正极活性材料，其特征在于，所述三元单晶正极活性材料的中值粒径d50为0.6-1.3μm，比表面积为1.05-1.6m2/g。

9.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括权利要求8所述的三元单晶正极活性材料。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求9所述的正极片。

技术总结
本发明提供一种三元正极活性材料前驱体及其制备方法和应用，所述前驱体为一次颗粒；所述前驱体的中值粒径D50为50‑200nm，比表面积为80‑100m<supgt;2</supgt;/g。本发明的前驱体为一次颗粒，且具有特殊的D50和比表面积，由该前驱体可制备得到能够显著改善锂离子电池的放电比容量，倍率性能和循环性能的三元单晶正极活性材料。

技术研发人员：贺玲燕,于建,王碧武,黄晓笑,李琮熙,刘相烈,白厚善
受保护的技术使用者：宁波容百新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20