一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本公开涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池，该正极材料含有三元材料颗粒，三元材料颗粒具有球形结构，球形结构含有花瓣状片层单元，花瓣状片层单元的片层厚度为150‑300nm，垂直于片层厚度方向的表面的面积为60000‑300000nm

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池
本公开涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
随着锂离子电池市场的高速扩展，加上三元材料在高比容量方面的优势，三元正极材料的需求量日益增大。目前常规的三元材料，常见的颗粒形貌为大单晶型、二次球型。不同的形貌有着不同的性能表征特点，根据材料的使用场景不同，可选用最适合的特定形貌的三元材料。目前三元材料生产的工艺方法主要是高温固相法，现市场上大多厂家生产的是大单晶状和二次球状的三元材料，多用于动力电池的制造。但是单晶类和二次球状的三元材料不适用于大电流充放电和高倍率重放电过程，在上述条件下其存在首次充放电效率低、倍率性能差、比容量小，且易于受低温影响的问题。
技术实现思路
本公开的目的是为了克服现有三元材料在锂离子电池大电流充放电和高倍率放电过程中电化学性质差的问题，提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种锂离子电池正极材料，该正极材料含有三元材料颗粒，所述三元材料颗粒具有球形结构，所述球形结构含有花瓣状片层单元，所述花瓣状片层单元的片层厚度为150-300nm，垂直于片层厚度方向的表面的面积为60000-300000nm2。可选地，所述三元材料颗粒的D10为2000-2300nm，所述三元材料颗粒的D90为5000-6000nm，所述三元材料颗粒的D50为3000-4000nm，比表面积为50000-70000cm2/g。可选地，所述三元材料颗粒含有三元活性组分和钼合金，所述三元活性组分含有化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2的物质，1/3＜x＜0.9，0.08＜y＜0.4。可选地，所述固模剂含有合金，所述合金的熔点为650-750℃，不与所述前驱体共熔，且在1000℃以下不挥发。可选地，所述合金为钼合金、钨合金、钪合金、铌合金和镝合金中的一种或几种。可选地，以所述三元材料颗粒的总重量为基准，所述三元活性组分的含量为98.5-99.5重量％，所述固模剂的含量为0.5-1.5重量％。本公开第二方面提供一种制备锂离子电池正极材料的方法，该方法包括：将锂离子电池正极材料前驱体、锂源与固模剂混合并进行煅烧处理，得到所述正极材料；所述正极材料含有三元材料颗粒，所述三元材料颗粒具有球形结构，所述球形结构含有花瓣状片层单元，所述花瓣状片层单元的片层厚度为150-300nm，垂直于片层厚度方向的表面的面积为60000-300000nm2。可选地，在纯氧气氛中，温度为880-940℃的条件下，进行所述煅烧处理14-20小时；所述固模剂含有合金，所述合金的熔点为650-750℃，不与所述前驱体共熔，且在1000℃以下不挥发。可选地，所述合金为钼合金、钨合金、钪合金、铌合金和镝合金中的一种或几种。可选地，该方法还包括：将浆料进行喷雾造粒，并在150-180℃的条件下干燥6-10小时，得到所述锂离子电池正极材料前驱体；所述浆料含有Ni、Mn和Co。可选地，将含有Ni离子的溶液、含有Mn离子的溶液、含有Co离子的溶液与添加剂混合并反应，再加入掺杂溶液，得到所述浆料；所述掺杂溶液含有Mg离子和/或Ti离子。可选地，所述浆料的pH值为10-10.5，所述混合的温度为40-60℃，时间为14-20小时。可选地，以Ni、Mn和Co计，所述含有Ni离子的溶液、所述含有Mn离子的溶液和所述含有Co离子的溶液的用量的摩尔比为1：(0.3-1)：(0.3-1)；所述添加剂包括络合剂和沉淀剂，所述络合剂包括氨水，所述沉淀剂包括氢氧化钾和/或氢氧化钠。可选地，所述前驱体、所述锂源与所述固模剂的用量的摩尔比为1：(1-1.15)：(0.005-0.015)；所述锂源包括单水氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂和醋酸锂中的一种或几种，所述固模剂的粒径为50-500nm，所述前驱体的粒径为3000-4000nm。本公开第三方面提供一种锂离子电池，该锂离子电池含有本公开第一方面提供的锂离子电池正极材料。通过上述技术方案，本公开的正极材料具有花瓣状片层单元，且粒度分布范围窄、比表面积高，使得正极材料具有较优的倍率性能、首次充放电效率和比容量，特别适用于在大电流充放电、高倍率放电场景及其他特殊场景下。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是本公开的实施例1制备的锂离子电池正极材料的SEM图(放大倍数为50K倍)；图2是本公开的实施例1制备的锂离子电池正极材料的SEM图(放大倍数为10K倍)；图3是本公开的实施例1制备的锂离子电池正极材料的SEM图(放大倍数为3K倍)；图4是本公开的对比例1制备的锂离子电池正极材料的SEM图(放大倍数为50K倍)；图5是本公开的对比例1制备的锂离子电池正极材料的SEM图(放大倍数为10K倍)；图6是本公开的对比例1制备的锂离子电池正极材料的SEM图(放大倍数为3K倍)。具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。本公开第一方面提供一种锂离子电池正极材料，该正极材料含有三元材料颗粒，三元材料颗粒具有球形结构，球形结构含有花瓣状片层单元，花瓣状片层单元的片层厚度可以为150-300nm，垂直于片层厚度方向的表面的面积可以为60000-300000nm2。本公开的正极材料具有花瓣状片层单元，使得正极材料的010晶面暴露面广，即花瓣状片层单元的片层厚度方向的晶面更多地暴露出来，可以有效地提高正极材料的倍率性能、首次充放电效率和比容量，特别适用于在大电流充放电、高倍率放电场景及其他特殊场景下。根据本公开，三元材料颗粒的D10可以为2000-2300nm，三元材料颗粒的D90可以为5000-6000nm，三元材料颗粒的D50为3000-4000nm，比表面积为50000-70000cm2/g。优选地，三元材料颗粒的D10可以为2200-2300nm，三元材料颗粒的D90可以为5200-5800nm，三元材料颗粒的D50为3500-4500nm，比表面积为50000-750000cm2/g。其中，D10是指颗粒累积分布为10％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的10％。D90是指颗粒累积分布为90％的粒径，即小于此粒径的颗粒体积含量占全部颗粒的90％。D50是指样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，表示粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％。在上述范围内，可以使得本公开的正极材料具有更优的倍率性能、首次充放电效率和比容量。根据本公开，三元材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，该正极材料含有三元材料颗粒，所述三元材料颗粒具有球形结构，所述球形结构含有花瓣状片层单元，所述花瓣状片层单元的片层厚度为150-300nm，垂直于片层厚度方向的表面的面积为60000-300000nm

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，该正极材料含有三元材料颗粒，所述三元材料颗粒具有球形结构，所述球形结构含有花瓣状片层单元，所述花瓣状片层单元的片层厚度为150-300nm，垂直于片层厚度方向的表面的面积为60000-300000nm2。


2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述三元材料颗粒的D10为2000-2300nm，所述三元材料颗粒的D90为5000-6000nm，所述三元材料颗粒的D50为3000-4000nm，比表面积为50000-70000cm2/g。


3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述三元材料颗粒含有三元活性组分和固模剂，所述三元活性组分含有化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2的物质，1/3＜x＜0.9，0.08＜y＜0.4。


4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述固模剂含有合金，所述合金的熔点为650-750℃，不与所述前驱体共熔，且在1000℃以下不挥发。


5.根据权利要求4所述的正极材料，其特征在于，所述合金为钼合金、钨合金、钪合金、铌合金和镝合金中的一种或几种。


6.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，以所述三元材料颗粒的总重量为基准，所述三元活性组分的含量为98.5-99.5重量％，所述固模剂的含量为0.5-1.5重量％。


7.一种制备锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，该方法包括：将锂离子电池正极材料前驱体、锂源与固模剂混合并进行煅烧处理，得到所述正极材料；
所述正极材料含有三元材料颗粒，所述三元材料颗粒具有球形结构，所述球形结构含有花瓣状片层单元，所述花瓣状片层单元的片层厚度为150-300nm，垂直于片层厚度方向的表面的面积为60000-300000nm2。


8.根据权利要求7所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：易宗玮，陈靖华，曹文玉，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44