正极材料及其制备方法、电池正极和锂离子电池技术

本申请提供了正极材料及其制备方法、电池正极和锂离子电池。该正极材料包括：活性物质；钠盐，钠盐分散在活性物质之间。发明专利技术人发现，将钠盐分散在活性物质之间，可同时发挥两者的协同优势，而且提高该正极材料的颗粒表面稳定性，改善活性物质的结构特性，使得使用该正极材料的电池在高电压下依然可保持较好的热稳定性和电化学稳定性，具有较低的高温存储膨胀率，以此提高正极材料的安全性能，具有较高的循环容量保持率，以此提高正极材料的使用寿命，并依然保持较好的克容量。

Cathode material and preparation method, battery cathode and lithium ion battery

The application provides a positive electrode material, a preparation method thereof, a battery positive electrode and a lithium-ion battery. The cathode material includes: active substance; sodium salt, which is dispersed between active substances. The inventor found that dispersing sodium salt between the active materials can give full play to their synergistic advantages at the same time, and improve the particle surface stability of the positive material, improve the structural characteristics of the active material, so that the battery using the positive material can still maintain good thermal stability and electrochemical stability under high voltage, with low high temperature storage expansion rate, so as to improve the thermal stability and electrochemical stability The safety performance of the positive material, with a high cycle capacity retention rate, can improve the service life of the positive material, and still maintain a good gram capacity.

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、电池正极和锂离子电池
本申请涉及电池领域，具体的，涉及正极材料及其制备方法、电池正极和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池作为一种二次化学电源，因其清洁环保、高效安全和高能量密度等优点，被广泛应用于手机等小型数码产品，并得到了广泛的认可和青睐。但是锂离子电池的安全性能仍然在很大程度上制约其进一步的应用。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分对其性能有着显著的影响，因而对正极材料的不断优化和改进也就显得尤为重要。其中，钴酸锂作为锂离子电池中应用最广泛的正极材料之一，经过几十年的发展其结构特性和电化学性能也都得到充分的研究，合成工艺及工业化生产也已相当成熟，更是凭借较高的放电电压平台和高能量密度，一直在消费类锂离子电池正极材料中占据主导地位。但是钴酸锂也存在一些明显的缺点，在高电压下出现相变和结构坍塌导致倍率性能变差，且与电解液的接触反应导致颗粒表面破坏和产气现象的出现，进而影响电池的安全性能，破坏电池的使用寿命。因而，目前关于锂离子电池的相关技术仍有待改进。
技术实现思路
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的一个目的在于提出一种具有稳定性好、安全性高、克容量大、倍率性能稳定、高温存储厚度膨胀率低或循环容量保持率高等优点的正极材料。本申请是专利技术人基于以下的认识和发现获得的：虽然钴酸锂具有较高的放电电压平台和高能量密度，但是在高电压(通常为大于4.3V)下其热稳定性和电化学稳定性较差，容易出现相变和结构坍塌导致倍率性能变差，且与电解液的接触反应导致颗粒表面破坏和产气现象的出现，进而影响电池的安全性能，破坏电池的使用寿命。针对上述问题，专利技术人进行了深入的研究，发现如果在活性物质中添加钠盐，得到一种正极材料，该正极材料的颗粒表面稳定，钠盐的加入可改善活性物质的结构特性，使得使用该正极材料的电池在高电压下依然可保持较好的热稳定性和电化学稳定性，具有较低的高温存储膨胀率，较高的循环容量保持率(循环性能佳)，并保持较好的克容量，安全性能也得到了进一步的提高。有鉴于此，在本申请的一个方面，本申请提供了一种正极材料。根据本申请的实施例，该正极材料包括：活性物质；钠盐，所述钠盐分散在所述活性物质之间。专利技术人发现，将钠盐分散在活性物质之间，可改善活性物质的结构特性，可同时发挥两者的协同优势，而且提高该正极材料的颗粒表面稳定性，使得使用该正极材料的电池可保持较好的热稳定性和电化学稳定性，具有较低的高温存储膨胀率，以此提高正极材料的安全性能，具有较高的循环容量保持率(循环性能佳)，以此提高正极材料的使用寿命，并依然保持较好的克容量。而且，由于钠盐的结构稳定性好于上述活性物质，且其在高电压(通常为大于4.3V)下结构破坏度远小于活性物质，故而可以使得正极材料在高压工作环境中，依然具有较佳的热稳定性和电化学稳定性，避免出现相变和结构坍塌导致倍率性能变差等不良问题，提高正极材料的使用安全性能和循环性能。根据本申请的实施例，所述正极材料包括活性物质相和钠盐相，且所述活性物质相和所述钠盐相之间通过化学键相连。根据本申请的实施例，所述活性物质相和所述钠盐相的接触界面处具有至少两个物相相互掺杂的过渡区域。根据本申请的实施例，所述活性物质相包括六方层状结构，所述钠盐相包括层状结构。根据本申请的实施例，基于所述正极材料的总质量，所述钠盐的质量百分比为0.1％～10％。根据本申请的实施例，所述钠盐具有以下化学结构：NaaMcOb，其中，0＜a≤3，0＜b≤7，0＜c≤3，M包含Mo、Cr、Ti或V元素中的至少一种。根据本申请的实施例，所述钠盐包含Na2MoO4、Na2CrO4、Na2Ti3O7或Na3VO4中的至少一种。根据本申请的实施例，所述正极材料的平均粒径在0.1～20μm之间。根据本申请的实施例，所述活性物质包含钴酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的至少一种。在本申请的另一方面，本申请提供了一种制备前面所述正极材料的方法。根据本申请的实施例，包括：将钠盐前驱体和活性物质的混合物进行球磨，得到正极材料前驱体；将所述正极材料前驱体进行烧结，得到正极材料。由此，上述制备方法简单，工艺成熟，易控制，制备的正极材料将钠盐分散在活性物质之间，可改善活性物质的结构特性，可同时发挥两者的协同优势，而且提高该正极材料的颗粒表面稳定性，使得使用该正极材料的电池可保持较好的热稳定性和电化学稳定性，具有较低的高温存储膨胀率，较高的循环容量保持率(循环性能佳)，并依然保持较好的克容量，安全性能和使用寿命也得到了进一步的提高。而且，由于钠盐的结构稳定性好于上述活性物质，且其在高电压(通常为大于4.3V)下结构破坏度远小于活性物质，故而可以使得正极材料在高压工作环境中，依然具有较佳的热稳定性和电化学稳定性，避免出现相变和结构坍塌导致倍率性能变差等不良问题，提高正极材料的使用安全性能和循环性能。根据本申请的实施例，所述钠盐前驱体是通过以下步骤制备的：将钠源、M源和络合剂的混合物进行球磨；其中，所述钠源包含Na2CO3、NaOH、NaNO3、CH3COONa或Na3C6H5O7·2H2O中的至少一种，M包含Mo、Cr、Ti或V元素中的至少一种，所述M源包含MoO3、H8MoN2O4、Mo(NO3)3·5H2O、Cr2O3、CrCl3·6H2O、H8CrN2O4、TiO2、TiCl4、Ti(NO3)4、V2O5、V2O3或NH4VO3中的至少一种，所述络合剂包含聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、乙二胺四乙酸(EDTA)或葡萄糖(C6H12O6)中的至少一种。根据本申请的实施例，所述烧结气氛为氧气或空气气氛，烧结温度为600℃～1000℃。在本申请的又一方面，本申请提供了一种电池正极。根据本申请的实施例，包括前面所述的正极材料。由此，该电池正极具有较佳的热学和电化学稳定性，使得使用该电池正极的电池在高电压下依然可保持较好的热稳定性和电化学稳定性，具有较低的高温存储膨胀率，较高的循环容量保持率(循环性能佳)，并依然保持较好的克容量，安全性能和使用寿命也得到了进一步的提高。在本申请的又一方面，本申请提供了一种锂离子电池。根据本申请的实施例，包括前面所述的正极材料电池正极。由此，上述电池在高电压下依然可保持较好的热稳定性和电化学稳定性，具有较低的高温存储膨胀率，较高的循环容量保持率(循环性能佳)，并依然保持较好的克容量，具有较佳的安全性能和较长的使用寿命。附图说明图1是本申请实施例3制备获得的正极材料的XRD测试结果图。具体实施方式下面详细描述本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本申请的一个方面，本申请提供了一种正极材料。根据本申请的实施例，该正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极材料，包括：/n活性物质；/n钠盐，所述钠盐分散在所述活性物质之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，包括：
活性物质；
钠盐，所述钠盐分散在所述活性物质之间。


2.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述正极材料包括活性物质相和钠盐相，且所述活性物质相和所述钠盐相之间通过化学键相连。


3.根据权利要求2所述的正极材料，其中，所述活性物质相和所述钠盐相的接触界面处具有至少两个物相相互掺杂的过渡区域。


4.根据权利要求2所述的正极材料，其中，所述活性物质相包括六方层状结构，所述钠盐相包括层状结构。


5.根据权利要求1所述的正极材料，其中，基于所述正极材料的总质量，所述钠盐的质量百分比为0.1％～10％。


6.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述钠盐具有以下化学结构：NaaMcOb，其中，0＜a≤3，0＜b≤7，0＜c≤3，M包含Mo、Cr、Ti或V元素中的至少一种。


7.根据权利要求6所述的正极材料，其中，所述钠盐包含Na2MoO4、Na2CrO4、Na2Ti3O7或Na3VO4中的至少一种。


8.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述正极材料的平均粒径在0.1～20μm之间。


9.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述活性物质包含钴酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏伟，王梦，徐磊敏，王亮，
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