正极材料及其制备方法、正极极片、电芯和电池技术

本公开提供了一种正极材料及其制备方法、正极极片、电芯和电池。正极材料用于电池，正极材料包括：质量比例为1:1~4:1的第一活性颗粒和第二活性颗粒。第一活性颗粒包括：第一钴酸锂颗粒、包覆于第一钴酸锂颗粒的表面的第一耐电压保护层和包覆于第一耐电压保护层的表面的第一快离子传导层。第二活性颗粒包括：第二钴酸锂颗粒、包覆于第二钴酸锂颗粒的表面的第二快离子传导层和包覆于第二快离子传导层的表面的第二耐电压保护层。第一钴酸锂颗粒的粒径大于第二钴酸锂颗粒的粒径。采用上述正极材料制得的电池具有良好的耐电压性能和循环稳定性能。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、正极极片、电芯和电池
本公开涉及电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、电芯和电池。
技术介绍
随着手机、平板电脑和智能手环等电子设备的快速发展，用户对电子设备的续航能力和快速充电能力的要求越来越高，这需要电池具有优异的耐电压性能和循环稳定性能。目前，锂离子电池广泛应用于电子设备中，锂离子电池的正极材料包括钴酸锂（LiCoO2），通过钴酸锂脱嵌锂离子或嵌入锂离子，使锂离子电池实现充放电。但是，钴酸锂在较高充电电压下的耐电压性能较差，这影响电池的循环稳定性能。基于此，提供一种耐电压性能优良的正极材料尤为重要。
技术实现思路
本公开提供了一种改进的正极材料及其制备方法、正极极片、电芯和电池。本公开的一个方面提供一种电池的正极材料，所述正极材料包括：质量比例为1:1~4:1的第一活性颗粒和第二活性颗粒；所述第一活性颗粒包括：第一钴酸锂颗粒、包覆于所述第一钴酸锂颗粒的表面的第一耐电压保护层和包覆于所述第一耐电压保护层的表面的第一快离子传导层；所述第二活性颗粒包括：第二钴酸锂颗粒、包覆于所述第二钴酸锂颗粒的表面的第二快离子传导层和包覆于所述第二快离子传导层的表面的第二耐电压保护层；所述第一钴酸锂颗粒的粒径大于所述第二钴酸锂颗粒的粒径。可选地，所述第一快离子传导层和所述第二快离子传导层的材料均包括元素钛、元素硅和元素锌中的至少一者。可选地，所述第一耐电压保护层和所述第二耐电压保护层的材料均包括元素铝、元素锆和元素镁中的至少一者。可选地，所述第一耐电压保护层占所述第一活性颗粒的质量分数范围为200~2000ppm；和/或所述第一快离子传导层占所述第一活性颗粒的质量分数范围为200~2000ppm；和/或所述第二耐电压保护层占所述第二活性颗粒的质量分数范围为200~2000ppm；和/或所述第二快离子传导层占所述第二活性颗粒的质量分数范围为200~2000ppm。可选地，所述第一活性颗粒的粒径范围为15~20μm，所述第二活性颗粒的粒径范围为3~7.5μm。可选地，所述第一活性颗粒还包括第一稳定剂，所述第一稳定剂掺杂于所述第一钴酸锂颗粒中，所述第一稳定剂包括元素铝、元素镁、元素锆和元素钛中的至少一者；和/或所述第二活性颗粒还包括第二稳定剂，所述第二稳定剂掺杂于所述第二钴酸锂颗粒中，所述第二稳定剂包括元素铝、元素镁、元素锆和元素钛中的至少一者。本公开的另一个方面提供一种正极材料的制备方法，所述制备方法用于制备上述提及的任一种所述的正极材料，所述制备方法包括：在第一钴酸锂颗粒的表面包覆第一耐电压保护层；在所述第一耐电压保护层的表面包覆第一快离子传导层，得到第一活性颗粒；在第二钴酸锂颗粒的表面包覆第二快离子传导层；在所述第二快离子传导层的表面包覆第二耐电压保护层，得到第二活性颗粒。可选地，所述在第一钴酸锂颗粒的表面包覆第一耐电压保护层，包括：将所述第一钴酸锂颗粒和第一耐电压保护剂混合，使所述第一耐电压保护剂包覆于所述第一钴酸锂颗粒的表面，然后顺次进行第一烧结处理、第一粉碎处理和第一分离处理，使所述第一耐电压保护剂形成包覆于所述第一钴酸锂颗粒的表面的第一耐电压保护层；和/或所述在所述第一耐电压保护层的表面包覆第一快离子传导层，包括：将包覆有所述第一耐电压保护层的第一钴酸锂颗粒和第一快离子传导剂混合，使所述第一快离子传导剂包覆于所述第一耐电压保护层的表面，然后顺序进行第二烧结处理、第二粉碎处理和第二分离处理，使所述第一快离子传导剂形成包覆于所述第一耐电压保护层的表面的所述第一快离子传导层。可选地，所述在第二钴酸锂颗粒的表面包覆第二快离子传导层，包括：将所述第二钴酸锂颗粒和第二快离子传导剂混合，使所述第二快离子传导剂包覆于所述第二钴酸锂颗粒的表面，然后顺次进行第三烧结处理、第三粉碎处理和第三分离处理，使所述第二快离子传导剂形成包覆于所述第二钴酸锂颗粒的表面的第二快离子传导层；和/或所述在所述第二快离子传导层的表面包覆第二耐电压保护层，包括：将包覆有所述第二快离子传导层的第二钴酸锂颗粒和第二耐电压保护剂混合，使所述第二耐电压保护剂包覆于所述第二耐电压保护层的表面，然后顺序进行第四烧结处理、第四粉碎处理和第四分离处理，使所述第二耐电压保护剂形成包覆于所述第二快离子传导层的表面的所述第二耐电压保护层。可选地，所述制备方法还包括：对第一锂盐、第一钴盐和第一稳定化合物的混合物顺次进行第一球磨处理、第五烧结处理、第五粉碎处理和第五分离处理，使所述第一稳定化合物形成掺杂于所述第一钴酸锂颗粒中的第一稳定剂；和/或对第二锂盐、第二钴盐和第二稳定化合物的混合物顺次进行第二球磨处理、第六烧结处理、第六粉碎处理和第六分离处理，使所述第二稳定化合物形成掺杂于所述第二钴酸锂颗粒中的第二稳定剂。本公开的另一个方面提供一种正极极片，所述正极极片包括：正极集流体；及正极活性层，覆盖于所述正极集流体的表面，所述正极活性层包括上述提及的任一种所述的正极材料。本公开的另一个方面提供一种电芯，所述电芯包括：上述提及的所述的正极极片；负极极片；及隔膜，设于所述正极极片和所述负极极片之间。本公开的另一个方面提供一种电池，所述电池包括上述提及的所述的电芯。本公开提供的技术方案至少具有以下有益效果：基于第一钴酸锂颗粒的粒径大于第二钴酸锂颗粒的粒径，通过质量比例为1:1~4:1的第一活性颗粒和第二活性颗粒匹配，以提高空间利用率，进而提升正极极片、电芯和电池的容量密度。基于第一快离子传导层包覆于第一耐电压保护层的表面，以加快锂离子在第一活性颗粒中的扩散速度，基于第二耐电压保护层包覆于第二快离子传导层的表面，以减缓锂离子在第二活性颗粒中的扩散速度。这样，在相同电流密度下，第一活性颗粒和第二活性颗粒中嵌入和脱嵌的锂离子的密度基本相同，避免了第二活性颗粒因过充而造成不安全风险，赋予该正极材料良好的耐电压性能。且，通过设置第一耐电压保护层和第二耐电压保护层，使第一活性颗粒和第二活性颗粒的结构稳定，提升了正极材料的耐电压性能，进而提升电芯和电池的耐电压性能和循环稳定性能。附图说明图1所示为本公开根据一示例性实施例示出的正极极片的结构示意图；图2所示为本公开根据一示例性实施例示出的正极材料的结构示意图；图3所示为本公开根据一示例性实施例示出的正极材料的制备方法流程图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本公开相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括：质量比例为1:1~4:1的第一活性颗粒和第二活性颗粒；/n所述第一活性颗粒包括：第一钴酸锂颗粒、包覆于所述第一钴酸锂颗粒的表面的第一耐电压保护层和包覆于所述第一耐电压保护层的表面的第一快离子传导层；/n所述第二活性颗粒包括：第二钴酸锂颗粒、包覆于所述第二钴酸锂颗粒的表面的第二快离子传导层和包覆于所述第二快离子传导层的表面的第二耐电压保护层；/n所述第一钴酸锂颗粒的粒径大于所述第二钴酸锂颗粒的粒径。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括：质量比例为1:1~4:1的第一活性颗粒和第二活性颗粒；
所述第一活性颗粒包括：第一钴酸锂颗粒、包覆于所述第一钴酸锂颗粒的表面的第一耐电压保护层和包覆于所述第一耐电压保护层的表面的第一快离子传导层；
所述第二活性颗粒包括：第二钴酸锂颗粒、包覆于所述第二钴酸锂颗粒的表面的第二快离子传导层和包覆于所述第二快离子传导层的表面的第二耐电压保护层；
所述第一钴酸锂颗粒的粒径大于所述第二钴酸锂颗粒的粒径。


2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一快离子传导层和所述第二快离子传导层的材料均包括元素钛、元素硅和元素锌中的至少一者。


3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一耐电压保护层和所述第二耐电压保护层的材料均包括元素铝、元素锆和元素镁中的至少一者。


4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一耐电压保护层占所述第一活性颗粒的质量分数范围为200~2000ppm；和/或
所述第一快离子传导层占所述第一活性颗粒的质量分数范围为200~2000ppm；和/或
所述第二耐电压保护层占所述第二活性颗粒的质量分数范围为200~2000ppm；和/或
所述第二快离子传导层占所述第二活性颗粒的质量分数范围为200~2000ppm。


5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一活性颗粒的粒径范围为15~20μm，所述第二活性颗粒的粒径范围为3~7.5μm。


6.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一活性颗粒还包括第一稳定剂，所述第一稳定剂掺杂于所述第一钴酸锂颗粒中，所述第一稳定剂包括元素铝、元素镁、元素锆和元素钛中的至少一者；和/或
所述第二活性颗粒还包括第二稳定剂，所述第二稳定剂掺杂于所述第二钴酸锂颗粒中，所述第二稳定剂包括元素铝、元素镁、元素锆和元素钛中的至少一者。


7.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1~6任一项所述的正极材料，所述制备方法包括：
在第一钴酸锂颗粒的表面包覆第一耐电压保护层；
在所述第一耐电压保护层的表面包覆第一快离子传导层，得到第一活性颗粒；
在第二钴酸锂颗粒的表面包覆第二快离子传导层；
在所述第二快离子传导层的表面包覆第二耐电压保护层，得到第二活性颗粒。


8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述在第一钴酸锂颗粒的表面包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜思红，
申请(专利权)人：北京小米移动软件有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11