正极材料及其制备方法，正极、锂离子电池和车辆技术

本发明专利技术公开了正极材料及制备方法，正极、锂离子电池和车辆。该正极材料包括：基体颗粒，所述基体颗粒是单晶颗粒，所述单晶颗粒包括镍锰酸锂和镍钴锰酸锂，所述基体颗粒中靠近表层处具有缓冲层，所述缓冲层中Ni、Co、Mn元素的至少之一的含量低于所述基体颗粒其他位置处的含量。该正极材料具有比容量较高、循环稳定性与安全性能较好等优点的至少之一，缓冲层可缓解电解液侵蚀以及抑制活性氧的析出。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法，正极、锂离子电池和车辆
本专利技术涉及材料领域，具体地，涉及正极材料及其制备方法，正极、锂离子电池和车辆。
技术介绍
随着绿色能源的推广以及能源安全和城市空气质量改善要求的不断提升，汽车电动化成为汽车行业的一个重要发展方向。近年来动力锂离子电池市场快速增长，但当前电动汽车的性能表现仍有待改善，其中续航里程和安全性问题尤为突出。而对于动力锂离子电池而言，正极材料是决定电池的能量密度和安全性能的重要因素。在目前已经实现商业化的正极材料中，镍钴锰酸锂(LiNiaCobMn(1-a-b)O2，LNCM)是较为重要的三元正极材料。该正极材料可通过高镍化增加其比容量，进而满足电池高能量密度的需求。然而不断提高镍含量会导致材料晶体结构稳定性下降以及晶格中锂/镍混排问题严重等问题，从而影响锂离子电池的循环性能以及安全性能。因而，目前的正极材料，特别是高镍含量的镍钴锰酸锂正极材料及制备方法，正极、锂离子电池和车辆仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：虽然单晶形式的正极材料可解决颗粒内部的晶界应力导致的循环性能问题，但该类型的正极材料仍存在电解液侵蚀正极材料较为严重，材料导电性欠佳或正极材料和电解液之间界面质量不佳、稳定性差等问题。因此，如能够在保持正极材料的单晶结构的同时改善上述问题中的至少之一，则将在很大程度上进一步提升高镍含量的磷酸钴锂正极材料的性能。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种正极材料。该正极材料包括：基体颗粒，所述基体颗粒是单晶颗粒，所述单晶颗粒包括镍锰酸锂和镍钴锰酸锂，所述基体颗粒中靠近表层处具有缓冲层，所述缓冲层中Ni、Co、Mn元素的至少之一的含量低于所述基体颗粒其他位置处的含量。该正极材料具有比容量较高，缓冲层可缓解电解液侵蚀以及抑制活性氧的析出，循环稳定性与安全性能较好等优点的至少之一。根据本专利技术的实施例，所述正极材料基体的化学式为aLi1+λNiαMnβCoγM(1-α-β-γ)O2，其中，a+b＝1，0<a<1，0<b<1，0≤λ<0.1，0.8≤α<1，0.01≤β<0.1，0≤γ<0.1，0.01≤1-α-β-γ≤0.05，M选自Al、Ti、Mg、Zr、Zn、Ce以及Cr中的至少一种，N选自O、F、B以及P中的至少一种，并且M元素在所述缓冲层中的摩尔含量高于在非缓冲层处的摩尔含量。由此，可进一步提高该正极材料的性能。根据本专利技术的实施例，该正极材料进一步包括包覆层，所述包覆层覆盖所述基体颗粒的表层，所述包覆层不含有Li、Ni、Co和Mn，所述包覆层为M'μNν，所述M'包括Al、Ti、Mg、Zr、Zn、Ce、Cr和B中的任意一种或至少两种的组合，N为O、F、B、P中的任意一种或至少两种的组合，其中，1≤μ≤3，1≤ν≤6，所述包覆层中的M'的种类与所述基体颗粒中的M相同。由此，可进一步提高该正极材料的性能。根据本专利技术的实施例，M'包括Al、Ti、Zr和Mg中的任意一种或至少两种的组合。由此，可进一步提高该正极材料的性能。根据本专利技术的实施例，所述包覆层的厚度为10–100nm。由此，可进一步提高该正极材料的性能。根据本专利技术的实施例，所述正极材料满足以下条件的至少之一：所述基体颗粒的粒径为0.2-10微米；所述缓冲层距离所述基体颗粒的表层的距离为0.05–0.5μm。由此，可进一步提高该正极材料的性能。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种制备前面所述的正极材料的方法。该方法包括：在适于所述前驱体颗粒的晶体生长的条件下，将包括金属盐溶液以及碱性溶液在内的前驱体原料分别独立地注入密闭的反应器中进行共沉淀以获得前驱体颗粒；将所述前驱体颗粒以及锂盐混合并进行第一煅烧处理，以获得正极材料。该方法操作简便，且获得的正极材料具有比容量较高、循环稳定性与安全性能较好等优点的至少之一，缓冲层可缓解电解液侵蚀以及抑制活性氧的析出。根据本专利技术的实施例，所述金属盐溶液包括镍的盐溶液、钴的盐溶液、锰的盐溶液，所述前驱体原料包括M盐溶液，所述方法包括：在第一预定时间后提高所述M盐溶液注入速度，并降低所述镍的盐溶液、钴的盐溶液、锰的盐溶液中的至少之一的注入速度，直至所述前驱体颗粒的晶体生长末期，并将全部所述金属盐溶液和所述M盐溶液的注入速度恢复为初始注入速度，直至所述共沉淀结束，所述M包括Al、Ti、Mg、Zr、Zn、Ce以及Cr中的至少一种，所述第一预定时间早于所述前驱体颗粒的晶体生长末期。由此，可简便地获得可形成单晶颗粒的前驱体颗粒。根据本专利技术的实施例，所述第一预定时间为共沉淀反应至颗粒的粒度达到所述前驱体颗粒的预设粒度的90％-99％所用的时间。由此，可更好地形成单晶颗粒的前驱体颗粒。根据本专利技术的实施例，分别独立地降低所述的镍的盐溶液、钴的盐溶液和锰的盐溶液的注入流速为其流速初始值的30％–50％。由此，可更好地形成单晶颗粒的前驱体颗粒。根据本专利技术的实施例，提高M盐溶液的注入流速为流速的初始值的120％–140％。由此，可更好地形成单晶颗粒的前驱体颗粒。根据本专利技术的实施例，所述方法还包括在共沉淀结束后，对反应产物进行过滤、洗涤和干燥的步骤；根据本专利技术的实施例，所述前驱体粒度为1μm–8μm。由此，可更好地形成单晶颗粒的前驱体颗粒。根据本专利技术的实施例，所述前驱体比表面积为5m2/g–25m2/g。由此，可更好地形成单晶颗粒的前驱体颗粒。根据本专利技术的实施例，所述前驱体振实密度为1.1g/cc–1.9g/cc。由此，可更好地形成单晶颗粒的前驱体颗粒。根据本专利技术的实施例，所述方法进一步包括：将所述正极材料与包覆剂进行混合并进行第二煅烧处理以形成包覆层，所述包覆剂满足以下条件的至少之一：所述包覆剂包括异丙醇铝、氟化铝、氧化铝、氧化铈、异丙醇钛、氧化钛、氧化硼、硼酸、氧化镁、氧化锆、正丁醇锆、氟化氨、氟化二氢铵、氟化一氢铵以及偏硼酸镁中的至少之一；所述包覆剂的颗粒尺寸不超过50nm。由此，可进一步提升最终获得的正极材料的性能。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种正极。该正极包括：正极极片，以及分布于所述正极极片上的正极材料，所述正极材料为前面所述的，或是利用前面所述的方法制备的。该正极具有前面描述的正极材料所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该正极具有正极活性材料稳定性强，利用该正极制备的锂离子电池的比容量较高、循环性能好、稳定性较好等优点的至少之一。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种锂离子电池。该锂离子电池包括前面描述的正极、负极，以及将正极以及负极之间绝缘间隔的隔膜。该锂离子电池具有前述的正极的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该锂离子电池具有比容量较高、循环性能好、稳定性较好等优点的至少之一。在本专利技术的又一方面，本专利技术提出了一种车辆。该车辆包括前面所述的锂离子电池。由此，该车辆具有前述的锂离子电池的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该车辆具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极材料，其特征在于，包括：/n基体颗粒，所述基体颗粒是单晶颗粒，所述单晶颗粒包括镍锰酸锂和镍钴锰酸锂，所述基体颗粒中靠近表层处具有缓冲层，所述缓冲层中Ni、Co、Mn元素的至少之一的含量低于所述基体颗粒其他位置处的含量。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括：
基体颗粒，所述基体颗粒是单晶颗粒，所述单晶颗粒包括镍锰酸锂和镍钴锰酸锂，所述基体颗粒中靠近表层处具有缓冲层，所述缓冲层中Ni、Co、Mn元素的至少之一的含量低于所述基体颗粒其他位置处的含量。


2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述基体颗粒的化学式为aLi1+λNiαMnβCoγM(1-α-β-γ)O2，
其中，a+b＝1，0<a<1，0<b<1，0≤λ<0.1，0.5≤α<1，0.3≤β<1,0≤γ<0.2，0.01≤1-α-β-γ≤0.05，M选自Al、Ti、Mg、Zr、Zn、Ce以及Cr中的至少一种，N选自O、F、B以及P中的至少一种，
并且M元素在所述缓冲层中的摩尔含量高于在非缓冲层处的摩尔含量。


3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，进一步包括包覆层，所述包覆层覆盖所述基体颗粒的表层，所述包覆层不含有Li、Ni、Co和Mn，所述包覆层为M'μNν，所述M'包括Al、Ti、Mg、Zr、Zn、Ce、Cr和B中的任意一种或至少两种的组合，N为O、F、B、P中的任意一种或至少两种的组合，其中，1≤μ≤3，1≤ν≤6，所述包覆层中的M'的种类与所述基体颗粒中的M相同；
优选地，M'包括Al、Ti、Zr和Mg中的任意一种或至少两种的组合；
任选地，所述包覆层的厚度为10–100nm。


4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料满足以下条件的至少之一：
所述基体颗粒的粒径为1.5-10微米；
所述缓冲层位于所述基体颗粒内部距离外表面0.05μm–0.5μm的近表层范围内。


5.一种制备1-4任一项所述的正极材料的方法，其特征在于，包括：
在适于所述前驱体颗粒的晶体生长的条件下，将包括金属盐溶液以及碱性溶液在内的前驱体原料分别独立地注入密闭的反应器中进行共沉淀以获得前驱体颗粒；
将所述前驱体颗粒以及锂盐混合并进行第一煅烧处理，以获得所述正极材料。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金鑫，拉杰什·麦加，普拉杰什·PP，王鹏飞，苏强，
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