本技術(shù)涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池正極材料、前驅(qū)體及其制備方法、鋰離子電池和鋰電設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著動力電池市場的迅猛發(fā)展及第一批、第二批新能源電動車大規(guī)模更換電池潮的到來，終端用戶受動力電池高昂價格的影響，越來越關(guān)注動力電池的循環(huán)壽命。此外，為了減少出行中充電次數(shù)及充電時間，終端用戶也一直對高續(xù)航、高能量密度的電池不斷提出新的要求。

2、正極材料作為電池的4大核心材料之一，制約著電池的綜合性能，而前驅(qū)體材料作為正極材料的原料，決定著最終材料的性能。

3、中高鎳前驅(qū)體因鎳含量高，具備高容量、高電池能量密度等優(yōu)良性能；同時，鎳替代鈷，可降低成本，市場需求量日益增長。目前制備的中高鎳前驅(qū)體在制備過程中，因(001)晶面、(100)晶面、(101)晶面的生長優(yōu)勢不同，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)差異，影響電化學(xué)性能。同時，中高鎳前驅(qū)體一次顆粒有塊狀、條狀、梭狀、薄片狀等不同形態(tài)，不同形態(tài)的一次顆粒及排布在承壓或充放電時破裂概率和程度不同，影響循環(huán)性能。

4、張欣,孔令麗,高騰躍等在《高鎳三元鋰離子電池循環(huán)衰減分析及改善》一文中以ncm811/石墨體系電芯為研究對象，對其進(jìn)行45℃充放電循環(huán)測試。高溫循環(huán)過程中，材料層狀結(jié)構(gòu)的完整程度明顯減弱，晶體結(jié)構(gòu)受到破壞，使得鋰離子遷移受阻，導(dǎo)致循環(huán)失效。且sem電鏡照片表明，正極材料循環(huán)后出現(xiàn)了大面積明顯的微裂紋乃至裂紋，高溫循環(huán)后的材料更是出現(xiàn)了嚴(yán)重的粉化現(xiàn)象。這主要是由于在反復(fù)充放電過程中，晶胞不斷地膨脹收縮，導(dǎo)致正極材料顆粒結(jié)構(gòu)斷裂、粉化，致使活性粒子之間接觸不良，增加電池內(nèi)阻，并且材料比表面積增加，加劇了與電解液的副反應(yīng)，導(dǎo)致材料失效。

5、如何通過可量化的參數(shù)，在種類繁多的中高鎳前驅(qū)體材料中快速篩出滿足高循環(huán)性能兼顧高容量性能的產(chǎn)品，是本行業(yè)亟待解決的問題之一。同時，如何制備上述篩出的高循環(huán)兼顧高容量性能的產(chǎn)品，也是本行業(yè)亟待解決的問題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供一種鋰離子電池正極材料、前驅(qū)體及其制備方法、鋰離子電池和鋰電設(shè)備，以解決上述問題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本技術(shù)采用以下技術(shù)方案：

3、一種鋰離子電池正極材料前驅(qū)體，前驅(qū)體的二次顆粒包括多個呈條狀或梭狀的一次顆粒，前驅(qū)體滿足公式1，

4、公式1：1.50≤d(100)/d(001)≤2.40，

5、在公式1中，d(100)為在(100)晶面中的晶粒尺寸，d(001)為在(001)晶面中的晶粒尺寸。

6、優(yōu)選地，鋰離子電池正極材料前驅(qū)體滿足以下條件中的至少一個：

7、(1)前驅(qū)體滿足公式2，

8、公式2：2.10≤d(100)/d(001)≤2.30；

9、(2)前驅(qū)體滿足公式3，

10、公式3：2.00≤d(101)/d(001)≤2.90,

11、在公式3中，d(101)為在(101)晶面中的晶粒尺寸，d(001)為在(001)晶面中的晶粒尺寸；

12、優(yōu)選地，前驅(qū)體滿足公式4，

13、公式4：2.30≤d(101)/d(001)≤2.70；

14、(3)前驅(qū)體在(101)晶面的半峰寬fwhm(101)為0.50°-0.65°；

15、(4)前驅(qū)體在(101)晶面的衍射峰強(qiáng)度i(101)與(001)晶面的衍射峰強(qiáng)度i(001)之比i(101)/i(001)為0.97-1.10；

16、(5)前驅(qū)體在(101)晶片數(shù)n(101)為50-80，n(101)＝d(101)/d(101)，d(101)表示(101)晶面的晶面間距；

17、具體的，d(101)＝kλ/[βcosθ(101)]，

18、d(101)＝＝nλ/2sinθ(101)＝0.23，

19、則，n(101)＝d(101)/d(101)＝kλ/[0.23βcosθ(101)]，其中，k為謝勒常數(shù)0.89；

20、

21、β為fwhm(101)半峰寬；

22、優(yōu)選地，前驅(qū)體在(101)晶片數(shù)n(101)為60-70。

23、優(yōu)選地，鋰離子電池正極材料前驅(qū)體滿足以下條件中的至少一個：

24、①一次顆粒的長度相對偏差絕對值丨ma丨的平均值≤40％，一次顆粒的寬度相對偏差絕對值丨mb丨的平均值≤40％，

25、其中，

26、a為一次顆粒的長度，b為一次顆粒的寬度，

27、為一次顆粒的長度平均值，b為一次顆粒的寬度平均值，

28、具體地，

29、其中，

30、a?1、a2、a3、an分別為第1個、第2個、第3個、第n個一次顆粒的長度，b1、b2、b3、bn分別為第1個、第2個、第3個、第n個一次顆粒的寬度；

31、丨ma丨、丨mb丨分別由公式①和公式②計(jì)算得到，

32、

33、

34、具體地，

35、丨ma丨的平均值＝(丨ma1丨+丨ma2丨+丨ma3丨+.....丨man丨)/n，丨mb丨的平均值＝(丨mb1丨+丨mb2丨+丨mb3丨+.....丨mbn丨)/n；其中，

36、丨ma1丨、丨ma2丨、丨ma3丨、丨man丨分別為第1個、第2個、第3個、第n個一次顆粒的長度相對偏差絕對值；

37、丨mb1丨、丨mb2丨、丨mb3丨、丨mbn丨分別為第1個、第2個、第3個、第n個一次顆粒的寬度相對偏差絕對值；

38、②前驅(qū)體中包括滿足300nm≤a≤1200nm，50nm≤b≤200nm的一次顆粒；

39、優(yōu)選地，500nm≤a≤1000nm，50nm≤b≤100nm。

40、優(yōu)選地，鋰離子電池正極材料前驅(qū)體滿足以下條件中的至少一個：

41、a.前驅(qū)體的化學(xué)通式為nixm1-x(oh)2，其中，0≤x＜1，m為co、mn、al、ti、zr、mo、cr、w、b、mg、ba、nb或sr中的至少一種；

42、優(yōu)選地，0.6≤x＜1；

43、b.前驅(qū)體的化學(xué)通式為niycozm1wm2v(oh)2，其中，0≤y＜1，0≤z＜0.6，y+z+w+v＝1；m1為mn和/或al；m2為ti、zr、mo、cr、w、b、mg、ba、nb或sr中的至少一種；

44、優(yōu)選地，0.6≤y＜1；

45、c.前驅(qū)體的二次顆粒的粒徑d50為8-22μm；

46、d.前驅(qū)體的比表面積bet為8-20m2/g；

47、優(yōu)選地，前驅(qū)體的比表面積bet為10-15m2/g；

48、e.前驅(qū)體的振實(shí)密度td為1.8-2.1g/cm3；

49、f.前驅(qū)體中的一次顆粒呈無序排布。

50、本技術(shù)還提供一種的鋰離子電池正極材料前驅(qū)體的制備方法，包括：

51、將包括金屬鹽溶液、沉淀劑、絡(luò)合劑在內(nèi)的原料加入第一底液中，按照第一預(yù)定程序進(jìn)行第一反應(yīng)，直至得到晶核；

52、將包括金屬鹽溶液、沉淀劑、絡(luò)合劑、晶核在內(nèi)的物料加入第二底液中，按照第二預(yù)定程序進(jìn)行第二反應(yīng)，直至得到前驅(qū)體；

53、其中，第一底液和第二底液各自獨(dú)立的包括水、沉淀劑和絡(luò)合劑。

54、優(yōu)選地，鋰離子電池正極材料前驅(qū)體的制備方法滿足以下條件中的至少一個：

55、a、第一預(yù)定程序包括：第一反應(yīng)開始后，逐步降低第一反應(yīng)過程中的ph值，第一反應(yīng)最終ph值維持在9-11范圍內(nèi)；

56、b、第二預(yù)定程序包括：第二反應(yīng)開始后，調(diào)整第二反應(yīng)的ph值，第二反應(yīng)最終ph維持在10-12范圍內(nèi)。

57、優(yōu)選地，鋰離子電池正極材料前驅(qū)體的制備方法滿足以下條件中的至少一個：

58、c、晶核的粒徑d50為3-10μm；

59、d、第一底液和第二底液的ph各自獨(dú)立地為10-12，第一底液和第二底液的氨濃度各自獨(dú)立地為1-15g/l；

60、e、第一反應(yīng)的過程中，金屬鹽溶液的流速為反應(yīng)容器可用體積的1-5％/h，沉淀劑的流速為反應(yīng)容器可用體積的0.35-1.85％/h，絡(luò)合劑的流速為反應(yīng)容器可用體積的0.03-0.15％/h；

61、f、第二反應(yīng)的過程中，金屬鹽溶液的流速為反應(yīng)容器可用體積的1-5％/h，沉淀劑的流速為反應(yīng)容器可用體積的0.35-1.85％/h，絡(luò)合劑的流速為反應(yīng)容器可用體積的0.03-0.15％/h；

62、g、第一反應(yīng)、第二反應(yīng)的溫度各自獨(dú)立地為60-80℃；

63、h、第一反應(yīng)和第二反應(yīng)的過程中均持續(xù)排出母液，排出量與總進(jìn)料量相等；

64、i、第二反應(yīng)結(jié)束之后還包括后處理：將第二反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行固液分離、干燥、過篩除磁。

65、本技術(shù)還提供一種鋰離子電池正極材料，正極材料的原料包括鋰離子電池正極材料前驅(qū)體。

66、本技術(shù)還提供一種鋰離子電池，鋰離子電池包括鋰離子電池正極材料。

67、本技術(shù)還提供一種鋰電設(shè)備，包括鋰離子電池。

68、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的有益效果包括：

69、本技術(shù)提供的鋰離子電池正極材料前驅(qū)體中的一次顆粒的形貌為條狀或梭狀，與薄片狀相比，承壓能力更好，承繼該結(jié)構(gòu)的正極材料在承壓或充放電時不易斷裂，可改善電池循環(huán)性能。本技術(shù)還基于xrd數(shù)據(jù)計(jì)算得到的表征數(shù)據(jù)限定了晶粒尺寸d(100)/d(001)比值，因前驅(qū)體的(001)晶面燒結(jié)后會轉(zhuǎn)化成正極活性材料的(003)晶面，其熱力學(xué)穩(wěn)定并具有電化學(xué)惰性的特性，不利于鋰離子的傳輸。為了提升li+的傳輸路徑和脫嵌速度，需要抑制對應(yīng)的前驅(qū)體(001)晶面生長，使(100)晶面成為優(yōu)勢晶面，抑制(001)晶面的晶粒尺寸，提高(100)晶面的晶粒尺寸，從而提升電池容量。本技術(shù)通過限制前驅(qū)體一次顆粒形貌和晶粒尺寸d(100)/d(001)，使相應(yīng)正極材料制備的電池兼顧了循環(huán)性能和容量性能。

70、本技術(shù)還提供的鋰離子電池正極材料前驅(qū)體的制備方法，通過控制第一反應(yīng)和第二反應(yīng)的ph值，使得所得前驅(qū)體內(nèi)的一次顆粒在(100)晶面、(101)晶面為優(yōu)勢晶面，有較高的結(jié)晶度，且一次顆粒形貌具有高度一致性，從而使得前驅(qū)體具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。本技術(shù)還通過控制反應(yīng)溫度，在高溫下反應(yīng)，提高產(chǎn)品結(jié)晶度和結(jié)晶速率。前者提高產(chǎn)品結(jié)晶度可提高產(chǎn)品的循環(huán)性能，后者提高結(jié)晶速可提高產(chǎn)品生產(chǎn)速率。

71、本技術(shù)提供的鋰離子電池正極材料、鋰離子電池和鋰電設(shè)備，電化學(xué)穩(wěn)定性好，容量和循環(huán)性能優(yōu)異。