锂离子电池的正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了锂离子电池的正极材料及其制备方法。该锂离子电池的正极材料包括Li

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池的正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体的，本专利技术涉及锂离子电池的正极材料及其制备方法。
技术介绍
无钴的镍锰正极材料，具有能量密度高、成本较低且不易受资源限制等优势，已经成为近年来的研究热点。但是研究发现，多晶结构的不含钴的正极材料残碱比较高，循环寿命比较差，且与电解液之间的副反应易导致产气等严重问题。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人的下列发现而完成的：为了解决多晶结构的无钴的镍锰正极材料存在的上述技术问题，本专利技术的专利技术人制备出一种单晶结构的无钴镍锰正极材料，降低残碱的同时减少产气。而且，采用这种单晶结构的无钴镍锰正极材料还可以提高充电截止电压，从而提高锂离子电池的容量。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种锂离子电池的正极材料。根据本专利技术的实施例，所述正极材料包括LixNiaMnbO2，其中，1<x<1.10、1:1<a:b<19:1且a+b＝1，并且，所述正极材料为单晶颗粒。专利技术人经过研究发现，本专利技术实施例的正极材料，单晶结构的无钴的镍锰正极材料，在初始充放电过程中表面可以形成稳定的固态电解质膜，且在后期循环充放电过程中的收缩膨胀不会像多晶颗粒一样产生新的晶界界面或发生副反应，从而有利于减少产气和提高材料的循环稳定性。另外，根据本专利技术上述实施例的正极材料，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述正极材料具有核壳结构，所述核壳结构的内核由所述LixNiaMnbO2形成，并且，所述内核为单晶颗粒。根据本专利技术的实施例，所述单晶颗粒的粒径为1～5微米。根据本专利技术的实施例，所述单晶颗粒的特征峰I003与I004的峰值之比大于1.2。根据本专利技术的实施例，a＝0.75且b＝0.25。根据本专利技术的实施例，所述核壳结构的外壳由二氧化钛和氧化铝中的至少一种形成。在本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种制备上述的正极材料的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(1)将氢氧化锂与氢氧化镍锰混合，获得混合物；(2)对所述混合物进行第一次高温煅烧，并进行破碎处理，以获得单晶颗粒。专利技术人经过研究发现，采用本专利技术实施例的制备方法，可以获得单晶结构的无钴的镍锰正极材料，并且，该制备方法的操作简便、产率高，且具有大批量产业化的潜力。另外，根据本专利技术上述实施例的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述氢氧化镍锰为NiaMnb(OH)2，其中，0.5<a<0.95且0.05<b<0.5，并且，在所述混合物中Ni和Mn与Li的摩尔比为1.00～1.15。根据本专利技术的实施例，所述第一次高温煅烧在800～950摄氏度下反应8～12小时。根据本专利技术的实施例，所述方法进一步包括：(3)采用二氧化钛和氧化铝对所述单晶颗粒进行包覆处理，以获得具有核壳结构的正极材料。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：图1是多晶结构的无钴的镍锰正极材料的EBSD(a)和SEM(b)照片；图2是本专利技术一个实施例的单晶结构的无钴的镍锰正极材料的EBSD(a)和SEM(b)照片；图3是多晶结构(a)和单晶结构(b)的镍锰正极材料碾压之后的电镜对比照片；图4是本专利技术一个实施例的具有核壳结构的正极材料的截面结构示意图；图5是多晶结构(a)和单晶结构(b)的镍锰正极材料包覆之后的电镜对比照片；图6是本专利技术一个实施例的单晶结构的镍锰正极材料的X射线衍射图；图7是多晶结构(a)和单晶结构(b)的镍锰正极材料循环后的电镜对比照片；图8是多晶结构和单晶结构的正极材料在常温下的对比循环曲线；图9是多晶结构和单晶结构的正极材料在45摄氏度下的对比循环曲线；图10是多晶结构和单晶结构的正极材料的全电池产气量对比图；图11是多晶结构和单晶结构的正极材料的极片压实密度对比图；图12是本专利技术一个实施例的制备正极材料的方法流程示意图。附图标记100内核200外壳具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，本
人员会理解，下面实施例旨在用于解释本专利技术，而不应视为对本专利技术的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种锂离子电池的正极材料。根据本专利技术的实施例，正极材料包括LixNiaMnbO2，其中，1<x<1.10、1:1<a:b<19:1且a+b＝1，并且，正极材料为单晶颗粒。本专利技术的专利技术人在长期的研究过程中发现，镍锰层状结构正极材料一般具有多晶形貌的结构，其电子背散射电子衍射(EBSD)照片可以参考图1的(a)，正极材料的颗粒是由多晶结构组成的二次颗粒，其晶粒尺寸为100～400纳米。并且，镍锰层状结构材料的镍含量通常在50％以上，而容易与电解液发生副反应产生气体，而且普通的多晶颗粒材料在长时间的循环后二次颗粒还易出现破裂，从而导致循环性能加速衰减。虽然，可以通过包覆技术来改善产气和循环寿命，但是，多晶结构的镍锰层状正极材料的扫描电子衍射(SEM)照片可以参考图1的(b)，这种二次颗粒的内部晶界致密而无法进行有效地包覆，所以，包覆过程只发生在正极材料的表面，在充放电过程中晶体的收缩膨胀会产生体积变化，从而导致长期循环后多晶材料之间出现不可避免的分离，且新的晶界界面与电解液不断发生副反应，从而导致容量加速衰减。针对多晶结构存在的技术问题，本专利技术的专利技术人将锂离子电池的正极材料设计成一种单晶颗粒，且晶体结构依然是层状结构、仍属于六方晶系(空间点群)。具体的，通过调整高温煅烧的工艺和化合物中的配比，可制备出具有单晶结构的无钴的镍锰正极材料。参考图2的(a)，EBSD照片显示正极材料颗粒由单个的单晶结构形成，且参考图2的(b)，电镜照片说明单晶结构的正极材料是一次颗粒，有利于包覆层均匀地包覆在其表面，从而能显著降低正极材料在充放电过程中与电解液发生的副反应。并且，参考图3，与多晶结构的镍锰正极材料(例如图3的(a))相比，单晶结构的无钴的镍锰正极材料(例如图3的(b))，可以承受更大的压力而不破碎，从而能够提高电极极片的密度，进而提高锂离子电池电芯的能量密度。在本专利技术的一些实施例中，参考图4，正极材料可以具有核壳结构，如此，核壳结构的内核100可以由LixNiaMnbO2形成，并且，内核100为单晶颗粒。如此，在单晶结构的无钴的镍锰正极材料外表面再包覆一层外壳200，可以进一步改善产气和循环寿命短的问题。具体的，多晶结构与单晶结构的镍锰正极材料包覆后的对比照片，可以参考图5，显示出多晶颗粒出现大量颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括Li

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括LixNiaMnbO2，其中，1<x<1.10、1:1<a:b<19:1且a+b＝1，并且，所述正极材料为单晶颗粒。


2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有核壳结构，所述核壳结构的内核由所述LixNiaMnbO2形成，并且，所述内核为单晶颗粒。


3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述单晶颗粒的粒径为1～5微米。


4.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述单晶颗粒的特征峰I003与I004的峰值之比大于1.2。


5.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，a＝0.75且b＝0.25。


6.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述核壳结构的外壳由二...

【专利技术属性】
技术研发人员：江卫军，乔齐齐，许鑫培，施泽涛，马加力，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32