正极材料、其制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种正极材料、其制备方法及锂离子电池。该制备方法包括：将锂源材料与正极前驱体材料进行第一烧结处理，得到第一烧结产物；采用包覆剂包覆在第一烧结产物的表面，然后进行第二烧结处理，得到正极材料，其中，包覆剂为镍源材料和/或锰源材料。选用特定的包覆剂，并结合二次烧结工艺(即第一次烧结、第一次包覆、第二次烧结)合成类单晶正极材料，该类单晶正极材料为由多个形貌类似单晶正极材料的一次颗粒团聚而成。采用上述制备方法能够简化合成工艺、降低能耗、提高产率、取消水洗工艺、降低残锂的同时，能够不损失循环容量，减少电解液与颗粒内部发生副反应，并提高循环保持率，延长电池寿命。

【技术实现步骤摘要】
正极材料、其制备方法及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池制造领域，具体而言，涉及一种正极材料、其制备方法及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因具有高容量和高能量密度被广泛应用于电动汽车、混合动力汽车和储能系统，正极材料作为锂离子电池的核心组成部分之一，对锂离子电池的性能有重大影响。常规二次球型正极材料在制作极片碾压过程中二次球型颗粒易出现裂痕，导致循环衰减快，会缩短电池使用寿命，同时电解液与正极材料颗粒内部直接接触造成产气量过高，从而出现鼓包等安全问题。其合成工艺多为三烧工艺(即第一次烧结、第一次包覆、第二次烧结、水洗干燥、第二次包覆、第三次烧结)，也有部分采用二次烧结(即第一次烧结、水洗干燥、第一次包覆、第二次烧结)。上述现有工艺中包覆剂均采用常规的包覆剂比如碳包覆剂，在正极材料的制备过程中需要进行多次包覆和多次烧结过程以及水洗工艺，这导致其合成工艺繁琐、周期较长、能耗大、中间过程物料损失较多等，产率低、水污染问题且水洗过程洗去残碱的同时造成循环容量损失。鉴于上述问题的存在，有必有提供一种流程短、环保、正极材料的产率高及循环容量损失小的正极材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种正极材料、其制备方法及锂离子电池，以解决现有正极材料的制备方法存在的合成工艺繁琐、能耗大、不环保、正极材料产率低及会造成循环容量损失的问题。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种正极材料的制备方法，该制备方法包括：将锂源材料与正极前驱体材料进行第一烧结处理，得到第一烧结产物；采用包覆剂包覆在第一烧结产物的表面，然后进行第二烧结处理，得到正极材料，其中，包覆剂为镍源材料和/或锰源材料。进一步地，锰源材料选自Mn(OH)2、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、Mn2O7、和MnCO3组成的组中的一种或多种；镍源材料选自Ni(OH)2、NiSO4、NiCO3、NiF2、NiCl2、NiBr2、NiI2和Ni2O3组成的组中的一种或多种。进一步地，第一烧结产物的重量与包覆剂中镍元素和锰元素的总重量的比值为1:(0.0008～0.0015)。进一步地，第二烧结处理过程的温度为150～250℃，处理时间为4～8h。进一步地，第一烧结处理过程的温度为700～1000℃，烧结时间为8～20h；优选地，第一烧结处理过程的温度为800～950℃。进一步地，锂源材料为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、氧化锂、硝酸锂和草酸锂组成的组中的一种或多种；正极前驱体材料为NiaCobMncAldMy(OH)2所示的化合物，M为Y、Sr、Mo、La、Al、Zr、Ti、Mg、B、Nb、Ba、Si、P、W元素中的一种或多种，且a为0.5～0.92，b为0.02～0.06，c为0.01～0.03，d为0.01～0.03，y为0.00～0.01。本申请的另一方面还提供了一种正极材料，正极材料为多个单晶颗粒形成的类单晶正极材料，单晶颗粒的粒径为0.10～2μm，类单晶正极材料的粒径D50为2～7.5μm，包括：镍钴锰锂复合氧化物和包覆在镍钴锰铝酸锂上的包覆层，包覆层为镍源材料和/或锰源材料经烧结后形成的锰酸锂和/或镍酸锂；或正极材料采用本申请提供的上述制备方法制得。进一步地，正极材料的化学通式为LixNiaCobMncAldMyRzO2，其中，1.00≤x≤1.35、0＜y≤0.01、0＜z≤0.01、0＜a≤0.92、0＜b≤0.06、0＜c≤0.03，0＜d≤0.03，a+b+c+d+z＝1，M为Y、Sr、Mo、La、Al、Zr、Ti、Mg、B、Nb、Ba、Si、P、W元素中的一种或多种，R为Ni元素和/或Mn元素。进一步地，镍钴锰铝酸锂的粒径D50为2～7.5μm，包覆层中颗粒物的粒径为0.01～0.45μm。本申请的又一方面还提供了一种锂离子电池，包括正极材料，正极材料包括本申请提供的上述正极材料。应用本专利技术的技术方案，上述制备方法中，选用特定的包覆剂，并结合二次烧结工艺(即第一次烧结、第一次包覆、第二次烧结)合成类单晶正极材料，该类单晶正极材料为由多个形貌类似单晶正极材料的一次颗粒团聚而成。采用上述制备方法能够简化合成工艺、降低能耗、提高产率、取消水洗工艺(利用包覆剂与正极材料表面的残碱发生反应生成有循环容量的镍酸锂或锰酸锂)降低残锂的同时，能够不损失循环容量，减少电解液与颗粒内部发生副反应，并提高循环保持率，延长电池寿命。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是实施例1合成的类单晶四元正极材料的SEM图片。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。正如
技术介绍
所描述的，现有正极材料的制备方法存在的合成工艺繁琐、能耗大、不环保、正极材料产率低及会造成循环容量损失的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种正极材料的制备方法，该制备方法包括：将锂源材料与正极前驱体材料(含镍钴锰铝的前驱体材料)进行第一烧结处理，得到第一烧结产物；采用包覆剂包覆在第一烧结产物的表面，然后进行第二烧结处理，得到正极材料，其中，包覆剂为镍源材料和/或锰源材料。在第一烧结处理过程中，锂源材料与正极前驱体材料形成类单晶镍钴锰锂氧化物；将含有镍源材料和锰源材料的包覆剂包覆在第一烧结产物的表面，并进行第二烧结过程。在第二烧结过程中，类单晶镍钴锰锂氧化物表面的残碱(Li2CO3和LiOH)与包覆剂发生化学反应生成锰酸锂和镍酸锂，并形成由多种单晶颗粒物团聚而成的类单晶正极材料。其中，锰酸锂和镍酸锂本身具有一定的循环容量。上述制备方法中，选用特定的包覆剂，并结合二次烧结工艺(即第一次烧结、第一次包覆、第二次烧结)合成类单晶正极材料，该类单晶正极材料为由多个形貌类似单晶正极材料的一次颗粒团聚而成。采用上述制备方法能够简化合成工艺、降低能耗、提高产率、取消水洗工艺(利用包覆剂与正极材料表面的残碱发生反应生成有循环容量的镍酸锂或锰酸锂)降低残锂的同时，能够不损失循环容量，减少电解液与颗粒内部发生副反应，并提高循环保持率，延长电池寿命。锰源材料和镍源材料可以选用本领域常用的含锰化合物或含镍化合物。在一种优选的实施例中，锰源材料选自Mn(OH)2、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、Mn2O7和MnCO3组成的组中的一种或多种；镍源材料选自Ni(OH)2、NiSO4、NiCO3、NiF2、NiCl2、NiBr2、NiI2和Ni2O3组成的组中的一种或多种。在一种优选的实施例中，第一烧结产物的重量与包覆剂中镍元素和锰元素的总重量的比值为1:(0.0008～0.0015)。第一烧结产物的重量与包覆剂中镍元素和锰元素的总重量的比值包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于进一步降低正极材料中的残碱量，细化类单晶颗粒的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：/n将锂源材料与正极前驱体材料进行第一烧结处理，得到第一烧结产物；/n采用包覆剂包覆在所述第一烧结产物的表面，然后进行第二烧结处理，得到所述正极材料，其中，所述包覆剂为镍源材料和/或锰源材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将锂源材料与正极前驱体材料进行第一烧结处理，得到第一烧结产物；
采用包覆剂包覆在所述第一烧结产物的表面，然后进行第二烧结处理，得到所述正极材料，其中，所述包覆剂为镍源材料和/或锰源材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锰源材料选自Mn(OH)2、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、Mn2O7、和MnCO3组成的组中的一种或多种；所述镍源材料选自Ni(OH)2、NiSO4、NiCO3、NiF2、NiCl2、NiBr2、NiI2和Ni2O3组成的组中的一种或多种。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结产物的重量与所述包覆剂中镍元素和锰元素的总重量的比值为1:(0.0008～0.0015)。


4.根据权利要求3的制备方法，其特征在于，所述第二烧结处理过程的温度为150～250℃，处理时间为4～8h。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结处理过程的温度为700～1000℃，烧结时间为8～20h；
优选地，所述第一烧结处理过程的温度为800～950℃。


6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述锂源材料为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、氧化锂、硝酸锂和草酸锂组成的组中的一种或多种；所述正极前驱体材料为NiaCobMncAldMy(OH)2所示...

【专利技术属性】
技术研发人员：白艳，张树涛，潘海龙，王壮，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