正极材料及其制备方法、正极极片及锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种正极材料及其制备方法、正极极片及锂离子电池。所述正极材料包括改性的钴酸锂正极材料A’以及改性的钴酸锂正极材料B’，两者的质量比为d:1；前者的D50为10μm～25μm、D99为30μm～60μm，形貌为单颗粒的类球形或片状；后者的D50为1μm～10μm、D99为8μm～30μm，形貌为单颗粒的类球形或二次颗粒的类球形；其中，两者的化学通式相同且均为Li1+aCo1‑bMbO2+cXm，M选自Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一种或几种，X选自Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一种或几种，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1，0≤c≤1，0＜m≤0.1，0＜d≤10，M位于钴酸锂的体相掺杂位置，X包覆于钴酸锂的表面。本发明专利技术的正极材料能提高压实后的正极极片的压实密度，进而显著提高锂离子电池高温高电压下的能量密度、安全性能、存储性能以及循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、正极极片及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片及锂离子电池。
技术介绍
随着手机、数码相机、笔记本电脑和便携式DVD等移动设备的日益小型化和轻薄化，市场对锂离子电池的能量密度、安全性能和循环寿命的要求也不断提高。锂离子电池一般包括：正极极片、负极极片、间隔于正负极极片之间的隔离膜以及电解液。其中，正极极片包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极材料，负极极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极材料。目前，消费类电子产品使用的锂离子电池正极材料主要是钴酸锂(LiCoO2)。现在消费类电子产品特别是手机对锂离子电池的续航能力要求越来越高，为了满足市场需求，提高锂离子电池的能量密度是当务之急。提高充电截止电压是目前提高锂离子电池的能量密度最有效的途径。但是，LiCoO2在高电压下的结构很不稳定，会产生不可逆的相变，在循环过程中结构极易发生坍塌，而对LiCoO2进行表面包覆只能稳定表面结构防止LiCoO2与电解液发生反应，无法抑制其体相结构的坍塌。现有技术中已经揭示了多种正极材料的改性处理方法，如于2010年02月16日公告的中国专利CN101734728A就揭示了通过液相法在Co3O4表面包覆Al，然后将干燥后的前躯体锂化形成LiCoO2，以对正极材料进行体相掺杂处理。但是，根据上述方法制备体相掺杂正极材料时，掺杂元素Al仅分布在Co3O4表面，锂化后不能保证掺杂元素Al均匀分许在LiCoO2的体相，在高电压循环过程中可能会导致LiCoO2局部结构坍塌，影响锂离子电池的能量密度、安全性能和充放电循环稳定性。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种正极材料及其制备方法、正极极片及锂离子电池，所述正极材料可显著提高锂离子电池高温高电压下的能量密度、安全性能、存储性能以及循环稳定性。为了达到上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种正极材料，所述正极材料包括改性的钴酸锂正极材料A’以及改性的钴酸锂正极材料B’，所述改性的钴酸锂正极材料A’以及所述改性的钴酸锂正极材料B’的质量比为d:1；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50为10μm～25μm、D99为30μm～60μm，所述改性的钴酸锂正极材料A’的形貌为单颗粒的类球形或片状；所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50为1μm～10μm、D99为8μm～30μm，所述改性的钴酸锂正极材料B’的形貌为单颗粒的类球形或二次颗粒的类球形；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D99大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D99；其中，所述改性的钴酸锂正极材料A’和所述改性的钴酸锂正极材料B’的化学通式相同且均为Li1+aCo1-bMbO2+cXm，M选自Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一种或几种，X选自Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一种或几种，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1，0≤c≤1，0＜m≤0.1，0＜d≤10，M位于钴酸锂的体相掺杂位置，X包覆于钴酸锂的表面。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种正极材料的制备方法，用于制备本专利技术第一方面所述的正极材料，包括步骤：(1)将沉淀剂溶液、Co盐溶液、金属M盐的溶液加入反应釜中混合进行共沉淀反应，干燥后分别得到不同粒径的沉淀物A和沉淀物B，沉淀物A的一次颗粒的D50为1μm～5μm、二次颗粒的D50为5μm～20μm，沉淀物B的一次颗粒的D50为0.05μm～1μm、二次颗粒的D50为1μm～10μm；(2)将沉淀物A、锂盐混合并进行首次烧结后，再与金属X的化合物混合进行二次烧结，得到改性的钴酸锂正极材料A’，所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50为10μm～25μm、D99为30μm～60μm，所述改性的钴酸锂正极材料A’的形貌为单颗粒的类球形或片状；(3)将沉淀物B、锂盐混合并进行首次烧结后，再与金属X的化合物混合进行二次烧结，得到改性的钴酸锂正极材料B’，所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50为1μm～10μm、D99为8μm～30μm，所述改性的钴酸锂正极材料B’的形貌为单颗粒的类球形或二次颗粒的类球形；(4)将所述改性的钴酸锂正极材料A’和所述改性的钴酸锂正极材料B’按质量比d:1混合，即完成正极材料的制备，其中，所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50，所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D99大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D99，所述改性的钴酸锂正极材料A’和所述改性的钴酸锂正极材料B’的化学通式相同且均为Li1+aCo1-bMbO2+cXm，M选自Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一种或几种，X选自Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一种或几种，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1，0≤c≤1，0＜m≤0.1，0＜d≤10。在本专利技术的第三方面，本专利技术提供了另一种正极材料，所述正极材料包括改性的钴酸锂正极材料A’以及改性的钴酸锂正极材料B’，所述改性的钴酸锂正极材料A’以及所述改性的钴酸锂正极材料B’的质量比为d:1；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50为10μm～25μm、D99为30μm～60μm，所述改性的钴酸锂正极材料A’的形貌为单颗粒的类球形或片状；所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50为1μm～10μm、D99为8μm～30μm，所述改性的钴酸锂正极材料B’的形貌为单颗粒的类球形或二次颗粒的类球形；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D99大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D99；其中，所述改性的钴酸锂正极材料A’和所述改性的钴酸锂正极材料B’的化学通式相同且均为Li1+aCo1-bMbO2+cXm，M选自Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一种或几种，X选自Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一种或几种，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1，0≤c≤1，0＜m≤0.1，0＜d≤10，M位于钴酸锂的体相掺杂位置和固溶体过渡层掺杂位置，X包覆于钴酸锂的表面。在本专利技术的第四方面，本专利技术提供了另一种正极材料的制备方法，用于制备本专利技术第三方面所述的正极材料，包括步骤：(1)将沉淀剂溶液、Co盐溶液、金属M盐的溶液加入反应釜中混合进行共沉淀反应，干燥后分别得到不同粒径的沉淀物A和沉淀物B，沉淀物A的一次颗粒的D50为1μm～5μm、二次颗粒的D50为5μm～20μm，沉淀物B的一次颗粒的D50为0.05μm～1μm、二次颗粒的D50为1μm～10μm；(2)将沉淀物A、锂盐以及金属M盐混合并进行首次烧结后，再与金属X的化合物混合进行二次烧结，得到改性的钴酸锂正极材料A’，所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50为10μm～25μm、D99为30μm～60μm，所述改性的钴酸锂正极材料A’的形貌为单颗粒的类球形或片状；(3)将沉淀物B、锂盐以及金属M盐混合并进行首次烧结后，再与金属X的化合物混合进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括改性的钴酸锂正极材料A’以及改性的钴酸锂正极材料B’，所述改性的钴酸锂正极材料A’以及所述改性的钴酸锂正极材料B’的质量比为d:1；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50为10μm～25μm、D99为30μm～60μm，所述改性的钴酸锂正极材料A’的形貌为单颗粒的类球形或片状；所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50为1μm～10μm、D99为8μm～30μm，所述改性的钴酸锂正极材料B’的形貌为单颗粒的类球形或二次颗粒的类球形；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D99大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D99；其中，所述改性的钴酸锂正极材料A’和所述改性的钴酸锂正极材料B’的化学通式相同且均为Li1+aCo1‑bMbO2+cXm，M选自Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一种或几种，X选自Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一种或几种，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1，0≤c≤1，0＜m≤0.1，0＜d≤10，M位于钴酸锂的体相掺杂位置，X包覆于钴酸锂的表面。...

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括改性的钴酸锂正极材料A’以及改性的钴酸锂正极材料B’，所述改性的钴酸锂正极材料A’以及所述改性的钴酸锂正极材料B’的质量比为d:1；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50为10μm～25μm、D99为30μm～60μm，所述改性的钴酸锂正极材料A’的形貌为单颗粒的类球形或片状；所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50为1μm～10μm、D99为8μm～30μm，所述改性的钴酸锂正极材料B’的形貌为单颗粒的类球形或二次颗粒的类球形；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D99大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D99；其中，所述改性的钴酸锂正极材料A’和所述改性的钴酸锂正极材料B’的化学通式相同且均为Li1+aCo1-bMbO2+cXm，M选自Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一种或几种，X选自Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一种或几种，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1，0≤c≤1，0＜m≤0.1，0＜d≤10，M位于钴酸锂的体相掺杂位置，X包覆于钴酸锂的表面。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，X以氧化物的形态包覆于钴酸锂的表面。3.一种正极材料的制备方法，用于制备权利要求1-2中任一项所述的正极材料，包括步骤：(1)将沉淀剂溶液、Co盐溶液、金属M盐的溶液加入反应釜中混合进行共沉淀反应，干燥后分别得到不同粒径的沉淀物A和沉淀物B，沉淀物A的一次颗粒的D50为1μm～5μm、二次颗粒的D50为5μm～20μm，沉淀物B的一次颗粒的D50为0.05μm～1μm、二次颗粒的D50为1μm～10μm；(2)将沉淀物A、锂盐混合并进行首次烧结后，再与金属X的化合物混合进行二次烧结，得到改性的钴酸锂正极材料A’，所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50为10μm～25μm、D99为30μm～60μm，所述改性的钴酸锂正极材料A’的形貌为单颗粒的类球形或片状；(3)将沉淀物B、锂盐混合并进行首次烧结后，再与金属X的化合物混合进行二次烧结，得到改性的钴酸锂正极材料B’，所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50为1μm～10μm、D99为8μm～30μm，所述改性的钴酸锂正极材料B’的形貌为单颗粒的类球形或二次颗粒的类球形；(4)将所述改性的钴酸锂正极材料A’和所述改性的钴酸锂正极材料B’按质量比d:1混合，即完成正极材料的制备，其中，所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D50，所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D99大于所述改性的钴酸锂正极材料B’的颗粒的D99，所述改性的钴酸锂正极材料A’和所述改性的钴酸锂正极材料B’的化学通式相同且均为Li1+aCo1-bMbO2+cXm，M选自Al、Mg、Y、Ni、Mn、La中的一种或几种，X选自Mg、Al、Zr、Ti、Ni、Mn、Y、Nb中的一种或几种，0≤a≤0.1，0＜b≤0.1，0≤c≤1，0＜m≤0.1，0＜d≤10。4.根据权利要求3所述的正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，沉淀剂选自NH4HCO3、(NH4)2CO3、Na2CO3、NaHCO3、LiOH、NaOH中的一种或几种；Co盐选自硝酸钴、氯化钴、醋酸钴、硫酸钴中的一种或几种；金属M盐选自金属M的硝酸盐、盐酸盐、醋酸盐、硫酸盐中的一种或几种。5.根据权利要求3所述的正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)和步骤(3)中，锂盐选自碳酸锂、氢氧化锂中的一种或几种；金属X的化合物选自金属X的碳酸盐、金属X的硝酸盐、金属X的氢氧化物、金属X的氧化物、金属X的碱式碳酸盐中的一种或几种。6.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括改性的钴酸锂正极材料A’以及改性的钴酸锂正极材料B’，所述改性的钴酸锂正极材料A’以及所述改性的钴酸锂正极材料B’的质量比为d:1；所述改性的钴酸锂正极材料A’的颗粒的D50为10μm～25...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梦，徐磊敏，梁成都，王亮，王巍，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35