正极活性物质前驱体、其制备方法及正极活性物质技术

本发明专利技术公开了一种正极活性物质前驱体、其制备方法及正极活性物质，正极活性物质前驱体包括由多个一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述二次颗粒包括由自身核心至外表面的方向交替分布的疏松层和紧密层，且所述二次颗粒的最内部为所述疏松层、最外部为所述紧密层。本发明专利技术提供的正极活性物质前驱体，使得采用其的正极活性物质同时兼顾较高的首次充电比容量、首次放电比容量、首次库伦效率及循环性能，因此能够使锂离子二次电池同时兼顾较高的首次充电比容量、首次放电比容量、首次库伦效率及循环性能。

【技术实现步骤摘要】
正极活性物质前驱体、其制备方法及正极活性物质
本专利技术属于电池
，尤其涉及一种正极活性物质前驱体、其制备方法及正极活性物质。
技术介绍
正极活性物质对锂离子电池能量密度的提升具有重要影响。其中高镍三元正极活性物质具有较高的能量密度，因而有望成为锂离子电池的下一代主流正极活性物质。高镍三元正极活性物质的性能很大程度上受到高镍三元正极活性物质前驱体性能的影响。现有的高镍三元正极活性物质前驱体所合成的正极活性物质，或者其具有较高的容量，但循环性能较差、且易产气；或者其循环性能相对较高、产气相对较少，但容量较低；使得正极活性物质难以具备良好的综合电化学性能，从而降低锂离子电池的综合电化学性能。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种正极活性物质前驱体、其制备方法及正极活性物质，旨在使正极活性物质同时兼顾较高的首次充电比容量、首次放电比容量、首次库伦效率及循环性能。本专利技术实施例第一方面提供一种正极活性物质前驱体，正极活性物质前驱体包括由多个一次颗粒聚集而成的二次颗粒，二次颗粒包括由自身核心至外表面的方向交替分布的疏松层和紧密层，且二次颗粒的最内部为疏松层、最外部为紧密层。本专利技术实施例第二方面提供一种正极活性物质前驱体的制备方法，方法包括以下步骤：提供混合盐溶液、沉淀剂溶液、络合剂溶液及底液，其中混合盐溶液中含有正极活性物质前驱体中金属的盐；第一反应步骤，将混合盐溶液、沉淀剂溶液及络合剂溶液加入底液中，在抑制晶粒生长的反应条件下进行共沉淀反应，以使多个一次颗粒形成疏松层；第二反应步骤，继续将混合盐溶液、沉淀剂溶液及络合剂溶液加入底液中，在促进晶粒生长的反应条件下继续进行共沉淀反应，以使多个一次颗粒在疏松层外表面形成紧密层；重复第一反应步骤和第二反应步骤，以使疏松层和紧密层由二次颗粒核心至外表面的方向交替分布，得到正极活性物质前驱体。本专利技术实施例第三方面提供一种正极活性物质，正极活性物质由上述的正极活性物质前驱体与锂复合而成。本专利技术实施例提供的正极活性物质前驱体，其包括由自身核心至外表面的方向交替分布的疏松层和紧密层，且二次颗粒的最内部为疏松层、最外部为紧密层，采用该正极活性物质前驱体的正极活性物质也能继承该种特性，即正极活性物质包括由自身核心至外表面方向交替分布的疏松区域和紧密区域，且正极活性物质的最内部为疏松区域、最外部为紧密区域。正极活性物质通过紧密区域的高致密性，保证了自身具有较高的结构稳定性，并通过最外部的紧密区域减少电解液在正极活性物质表面的副反应，有效抑制产气，从而提高了正极活性物质的循环性能；并且，正极活性物质通过疏松区域的疏松结构，有利于正极活性物质的脱锂和嵌锂，确保正极活性物质具有较高的容量发挥，同时能够缓冲正极活性物质在充电和放电过程中发生的体积变化，有效抑制正极活性物质在充电和放电过程中因体积膨胀导致的开裂等问题，进一步提高正极活性物质的循环性能。因此，采用本专利技术实施例提供的正极活性物质前驱体，能够使正极活性物质同时兼顾较高的首次充电比容量、首次放电比容量、首次库伦效率及循环性能，从而使得锂离子二次电池能够同时兼顾较高的首次充电比容量、首次放电比容量、首次库伦效率及循环性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种正极活性物质前驱体的横截面示意图。图2为本专利技术实施例4提供的正极活性物质前驱体的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图3为本专利技术实施例1至4及对比例1至2提供的正极活性物质前驱体的X射线衍射(XRD)图谱。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种以上，“一个或多个”中的“多个”的含义是两个以上。本专利技术的上述
技术实现思路
并不意欲描述本专利技术中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。本专利技术实施例提供的一种正极活性物质前驱体，如图1和图2所示，正极活性物质前驱体包括由多个一次颗粒聚集而成的二次颗粒，二次颗粒包括多个疏松层和多个紧密层，其中疏松层和紧密层由二次颗粒核心至外表面的方向交替分布，且二次颗粒的最内部为疏松层、最外部为紧密层。本专利技术实施例提供的正极活性物质前驱体，其包括多个疏松层和多个紧密层，其中疏松层和紧密层由自身核心至外表面的方向交替分布，且最内部为疏松层、最外部为紧密层，采用该正极活性物质前驱体的正极活性物质也能继承该种特性，即正极活性物质包括由自身核心至外表面方向交替分布的疏松区域和紧密区域，且正极活性物质的最内部为疏松区域、最外部为紧密区域。其中，正极活性物质的疏松区域对应正极活性物质前驱体的疏松层，正极活性物质的紧密区域对应正极活性物质前驱体的紧密层。正极活性物质通过紧密区域的高致密性，保证了自身具有较高的结构稳定性，并通过最外部的紧密区域减少电解液在正极活性物质表面的副反应，有效抑制产气，从而提高了正极活性物质的循环性能；并且，正极活性物质通过疏松区域的疏松结构，有利于正极活性物质的脱锂和嵌锂，确保正极活性物质具有较高的容量发挥，同时能够缓冲正极活性物质在充电和放电过程中发生的体积变化，有效抑制正极活性物质在充电和放电过程中因体积膨胀导致的开裂等问题，进一步提高正极活性物质的循环性能。因此，采用本专利技术实施例提供的正极活性物质前驱体，能够使正极活性物质同时兼顾较高的首次充电比容量、首次放电比容量、首次库伦效率及循环性能，从而使得锂离子二次电池能够同时兼顾较高的首次充电比容量、首次放电比容量、首次库伦效率及循环性能。另外，相比于由内至外均致密的正极活性物质，由于本专利技术实施例的正极活性物质包括多个疏松区域，有利于加快锂离子在正极活性物质中的迁移速率，从而有利于提高正极活性物质的动力学性能及倍率性能，进而改善锂离子二次电池的动力学性能及倍率性能。进一步地，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极活性物质前驱体，其特征在于，包括由多个一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述二次颗粒包括由自身核心至外表面的方向交替分布的疏松层和紧密层，且所述二次颗粒的最内部为所述疏松层、最外部为所述紧密层。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极活性物质前驱体，其特征在于，包括由多个一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述二次颗粒包括由自身核心至外表面的方向交替分布的疏松层和紧密层，且所述二次颗粒的最内部为所述疏松层、最外部为所述紧密层。


2.根据权利要求1所述的正极活性物质前驱体，其特征在于，所述疏松层中，多个所述一次颗粒不规则排布形成疏松多孔结构；
所述紧密层中，多个所述一次颗粒沿所述二次颗粒的径向排布形成紧密结构。


3.根据权利要求1或2所述的正极活性物质前驱体，其特征在于，最外部所述紧密层的密度大于或等于其余所述紧密层的密度。


4.根据权利要求1至3任一项所述的正极活性物质前驱体，其特征在于，所述紧密层中的所述一次颗粒的长度大于所述疏松层中的所述一次颗粒的长度，所述紧密层中的所述一次颗粒的厚度大于所述疏松层中的所述一次颗粒的厚度；
进一步地，最外部所述紧密层中的所述一次颗粒的长度大于其余所述紧密层中的所述一次颗粒的长度，最外部所述紧密层中的所述一次颗粒的厚度大于其余所述紧密层中的所述一次颗粒的厚度。


5.根据权利要求1至4任一项所述的正极活性物质前驱体，其特征在于，所述疏松层中的所述一次颗粒的厚度为5nm～30nm、长度为50nm～200nm，每个所述疏松层中所述一次颗粒的体积占比为40％～70％；
所述紧密层中的所述一次颗粒的厚度为10nm～200nm、长度为50nm～1500nm，每个所述紧密层中所述一次颗粒的体积占比为60％～95％。


6.根据权利要求5所述的正极活性物质前驱体，其特征在于，多个所述紧密层中，最外部所述紧密层中的所述一次颗粒的厚度为40nm～200nm、长度为200nm～1500nm，最外部所述紧密层中所述一次颗粒的体积占比为90％～95％；
其余所述紧密层中的所述一次颗粒的厚度为10nm～100nm、长度为50nm～500nm，每个其余所述紧密层中所述一次颗粒的体积占比为60％～95％，优选为60％～90％。


7.根据权利要求1至6任一项所述的正极活性物质前驱体，其特征在于，所述疏松层沿所述核心至所述外表面方向的尺寸为0.1μm～0.8μm，所述紧密层沿所述核心至所述外表面方向的尺寸为1μm～3μm。


8.根据权利要求7所述的正极活性物质前驱体，其特征在于，
多个所述疏松层中，最内部所述疏松层沿所述核心至所述外表面方向的尺寸为0.1μm～0.4μm，其余所述疏松层沿所述核心至所述外表面方向的尺寸为0.2μm～0.8μm；
多个所述紧密层中，最外部所述紧密层沿所述核心至所述外表面方向的尺寸为2μm～3μm，其余所述紧密层沿所述核心至所述外表面方向的尺寸为1μm～2μm。


9.根据权利要求1所述的正极活性物质前驱体，其特征在于，最内部所述疏松层呈球体或类球体，其余所述疏松层及所述紧密...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，刘良彬，孙静，何金华，郑铮，陈贵福，
申请(专利权)人：屏南时代新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35