一种正极材料、其制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种正极材料，包括LiNixCoyMnzO2颗粒和填充在LiNixCoyMnzO2颗粒间的LiαMβO2；M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb和Mo中的一种或多种；0≤α≤1.5，0≤β≤1.5；0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；LiαMβO2与LiNixCoyMnzO2的摩尔比为(0.01～10)：100。本发明专利技术在正极材料一次颗粒间隙进行活性物质填充，填充后的LiαMβO2材料形成三维骨架结构，可以提高其压实密度，从而提高其能量密度，同时改善材料在高电压下的循环性能和倍率性能。本发明专利技术还提供了一种正极材料的制备方法和锂离子电池。

Cathode material, preparation method and lithium ion battery

The invention provides a cathode material, including LiNixCoyMnzO2 particles and LiNixCoyMnzO2 particles filled in Li alpha M beta O2; one or more selected from Ti, V, Cr, M, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Nb and Mo; 0 = alpha = 1.5, 0 = P = 1.5; 0 = x = 1, 0 = y = 1, 0 = z = 1 and x+y+z = 1; the molar ratio of Li alpha M beta O2 and LiNixCoyMnzO2's (0.01 ~ 10):100. In the present invention, active materials are filled in the gap of primary particles of the cathode material, and the filled Li alpha M beta O2 material forms a three-dimensional skeleton structure, which can improve the compaction density, thereby improving the energy density, and improving the cycle performance and the rate performance of the material at high voltage. The invention also provides a preparation method of the cathode material and a lithium ion battery.

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料、其制备方法及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电极
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池在电子产品中已经大规模应用，对电子产品使用时间的要求也越来越高，但是电子产品的便携性又限制了锂离子电池的尺寸。而以电池驱动的新能源汽车对于行驶里程的要求也越来越高，但是汽车的舒适性、实用性也限制了锂离子电池的尺寸。所以提高锂离子电池的能量密度成为锂离子电池的必然趋势。公开号为CN201310126541.4的中国专利公开了锂离子电池正极材料及其制备方法，该材料为由三元材料前驱体、锰酸锂前驱体、碳酸锂混合焙烧而成的复合三元-锰酸锂正极材料。此方法制得的材料在不牺牲材料结构稳定性的前提下，改善材料循环性能和倍率性能，提高三元正极材料的安全性能和低温性能，优化改进制备工艺。但是这种方法制备材料并不能提高电池的能量密度，在提高电池充电电压的条件下，电池的倍率性能比较差，而且在制备过程中由于三元材料前驱体、锰酸锂前驱体同时与碳酸锂进行反应，容易导致产物组分不均一，难以发挥三元材料和锰酸锂的协同效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种正极材料、其制备方法及锂离子电池，本专利技术中的正极材料压实性能好，能量密度高，尤其是在高电压条件下具有优异的循环性能和倍率性能。本专利技术提供一种正极材料，包括LiNixCoyMnzO2颗粒和填充在LiNixCoyMnzO2颗粒间的LiαMβO2；M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb和Mo中的一种或多种；0≤α≤1.5，0≤β≤1.5；0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；LiαMβO2与LiNixCoyMnzO2的摩尔比为(0.0001～0.1)：1。优选的，所述LiNixCoyMnzO2颗粒为球形LiNixCoyMnzO2一次颗粒；所述LiNixCoyMnzO2颗粒的孔隙率为0.1～20％。优选的，0.5≤α≤1.05，0.5≤β≤1.2。优选的，0.3≤x≤1.0，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z＝1。优选的，所述LiαMβO2与LiNixCoyMnzO2的摩尔比为(0.001～0.2)：1。本专利技术提供一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将含M元素的化合物分散在LiNixCoyMnzO2颗粒空隙的内部，得到中间产物；所述含M元素的化合物选自含Ti化合物、含V化合物、含Cr化合物、含Mn化合物、含Fe化合物、含Co化合物、含Ni化合物、含Zr化合物、含Nb化合物和含Mo化合物中的一种或多种；0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；B)将中间产物与锂化合物混合后进行热处理，得到正极材料。优选的，所述含M元素的化合物选自氢氧化钛、偏钛酸、草酸钛、乙酸钛、氧化钛、钛酸乙酯、钛酸四丁酯、偏钒酸铵、草酸氧钒、三氧化二钒、四氧化二钒、五氧化二钒、铬酸、铬酸酐、硝酸铬、草酸铬、乙酸铬、三氧化二铬、氧化铬、氢氧化锰、碳酸锰、硝酸锰、硫酸锰、草酸锰、乙酸锰、二水甲酸锰、三氧化二锰、四氧化三锰、氧化锰、氢氧化铁、草酸亚铁、乙酸亚铁、乙醇铁、碳酸亚铁、硝酸亚铁、氢氧化钴、碳碳酸钴、硝酸钴、硫酸钴、草酸钴、甲酸钴、乙酸钴、三氧化二钴、四氧化三钴、乙醇钴、酞菁钴、氢氧化镍、碳酸镍、硝酸镍、硫酸镍、草酸镍、甲酸镍、乙酸镍、氧化亚镍、三氧化二镍、氢氧化锆、碳酸锆、硝酸锆、草酸锆、乙酸锆、氧化锆、氢氧化铌、硝酸铌酰、草酸铌、乙酸铌、五氧化二铌、乙醇铌、氢氧化钼和乙酸钼中的一种或多种。优选的，所述LiNixCoyMnzO2按照以下步骤制得：将含镍化合物、含钴化合物和含锰化合物与水混合，得到混合溶液；所述含镍化合物中的镍离子、含钴化合物中的钴离子与含锰化合物中的锰离子的摩尔比为x：y：z，其中，0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；将络合剂、沉淀剂与所述混合溶液混合，反应后得到正极材料前驱体；将正极材料前驱体与锂盐混合烧结，得到LiNixCoyMnzO2。优选的，所述步骤B)中热处理的温度为750～900℃；所述步骤B)中热处理的时间为8～48小时。本专利技术提供一种锂离子电池，包括上文所述的正极材料。本专利技术提供一种正极材料，包括LiNixCoyMnzO2颗粒和填充在LiNixCoyMnzO2颗粒间的LiαMβO2；M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb和Mo中的一种或多种；0≤α≤1.5，0≤β≤1.5；0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；LiαMβO2与LiNixCoyMnzO2的摩尔比为(0.01～10)：100。现有技术制备的球形LiNixCoyMnzO2一次颗粒间会产生大量的空隙，这些空隙不但降低了材料的结构强度，还容易吸附一定量的空气，在材料和电解液间形成空气界面，不利于锂离子的嵌入脱出，降低了材料的倍率性能。与现有锂离子电池正极材料相比较，本专利技术有如下的技术特征，首先，本专利技术通过构筑三维骨架结构，在锂离子电池正极材料一次颗粒间隙进行活性物质填充，填充后的LiαMβO2材料形成三维骨架结构，可以增强球形LiNixCoyMnzO2的结构强度，在电池极片辊压过程中，能够均匀分散材料受到的辊压力，避免球形LiNixCoyMnzO2受到压力破碎，提高了正极材料的压实密度，也提高了正极材料的能量密度。而且LiαMβO2化合物能够对LiNixCoyMnzO2材料进行有效地填充，减小了LiαMβO2和LiNixCoyMnzO2材料间的界面电阻，提高了锂离子的迁移速率，改善材料的电化学性能，尤其是在高电压下的循环性能和倍率性能。实验结果表明，本专利技术中的正极材料能够提高正极的压实性能、循环性能和倍率性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2剖面形貌的SEM图；图2为本专利技术实施例1中正极材料的SEM图和元素分布图谱；图3为本专利技术实施例10和比较例1中锂离子电池的电化学性能曲线；图4为本专利技术实施例10和比较例1中锂离子电池在高电压下的电化学性能曲线。具体实施方式本专利技术提供一种正极材料，包括LiNixCoyMnzO2颗粒和填充在LiNixCoyMnzO2颗粒间的LiαMβO2；M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb和Mo中的一种或多种；0≤α≤1.5，0≤β≤1.5；0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；LiαMβO2与LiNixCoyMnzO2的摩尔比为(0.01～10)：100。在本专利技术中，所述LiNixCoyMnzO2颗粒优选为球形的LiNixCoyMnzO2一次颗粒，所述一次颗粒指的是单个的细小晶粒，单个的晶粒由于相互作用力发生团聚形成二次颗粒。在本专利技术中，0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1，优选的，0.3≤x≤1.0，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极材料，包括LiNixCoyMnzO2颗粒和填充在LiNixCoyMnzO2颗粒间的LiαMβO2；M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb和Mo中的一种或多种；0≤α≤1.5，0≤β≤1.5；0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；LiαMβO2与LiNixCoyMnzO2的摩尔比为(0.0001～0.1)：1。

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，包括LiNixCoyMnzO2颗粒和填充在LiNixCoyMnzO2颗粒间的LiαMβO2；M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb和Mo中的一种或多种；0≤α≤1.5，0≤β≤1.5；0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；LiαMβO2与LiNixCoyMnzO2的摩尔比为(0.0001～0.1)：1。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述LiNixCoyMnzO2颗粒为球形LiNixCoyMnzO2一次颗粒；所述LiNixCoyMnzO2颗粒的孔隙率为0.1～20％。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，0.5≤α≤1.05，0.5≤β≤1.2。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，0.3≤x≤1.0，0≤y≤0.4，0≤z≤0.4，且x+y+z＝1。5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述LiαMβO2与LiNixCoyMnzO2的摩尔比为(0.001～0.2)：1。6.一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将含M元素的化合物分散在LiNixCoyMnzO2颗粒空隙的内部，得到中间产物；所述含M元素的化合物选自含Ti化合物、含V化合物、含Cr化合物、含Mn化合物、含Fe化合物、含Co化合物、含Ni化合物、含Zr化合物、含Nb化合物和含Mo化合物中的一种或多种；0≤x≤1.0，0≤y≤1.0，0≤z≤1.0，且x+y+z＝1；B)将中间产物与锂化合物混合后进行热处理，得到正极材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛喜雅勒图，夏永高，刘兆平，王雪莹，
申请(专利权)人：宁波富理电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33