一种正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种正极材料及其制备方法和应用。所述正极材料包括高镍活性物质基体和包覆于基体表面的保护层，保护层包括纳米保护颗粒、导电剂和粘结剂；其中，所述高镍活性物质的化学式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池的
，涉及一种正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电动车的发展，电动车的安全性受到越来越多的关注，作为电动车的核心部件，动力电池的安全性直接影响电动车的安全，近年来车企对动力电池安全性能的要求也越来越高，目前国标要求需留给乘客至少5min的逃生时间，从电芯到模组，再到电池包，各个层级都需要考虑安全设计。目前提高动力电池安全性的关键还是电芯，而要提高的关键点在于电芯发生热失控后的控制，如何保证一个电芯热失控，不会导致整包失控，电芯层级的改善主要有如下三点：1.正极材料：采用高安全正极，比如LFP材料；但是LFP比容量低，电压低，将会极大程度牺牲能量密度；2.负极材料：采用高安全负极，比如LTO材料；然而LTO比容量低，电压低，能量目的较低；3.电解液：添加阻燃添加剂，阻燃添加剂添加到电解液中，将极大恶化电解液的电导率，导致功率性能恶化。因此目前锂离子电池，尤其是动力电池，无法在兼顾能量密度和功率密度下提高热失控稳定性。CN105244490A公开了一种钴锰包覆的高镍正极材料及其制备方法。一种高镍正极材料，该正极材料包括：复合氧化物颗粒内核和包覆层；复合氧化物颗粒内核，表示其平均物质组成的化学式为：(化学式1)Li+xNiyCozMn1-y-zO2±c，其中，-0.1≤x≤0.1，0.5≤y＜1.0，0＜z≤0.5，-0.1≤c≤0.1；包覆层，被设置于上述复合氧化物颗粒的表面的至少一部分上，至少包括含有锂Li、钴Co和锰Mn的氧化物。但是该方案的缺陷在于，无法降低正极材料表面的残碱量，加工性能差，且制备方法繁琐，包覆层制备过程难以控制。CN103050681A公开了一种高振实球形三元正极材料的制备方法，其特点是，包括如下步骤：(1)首先合成出前躯体，具体是先将去离子水作为底液加入反应釜中，然后将镍盐、钴盐、锰盐的混合盐溶液和碱性水溶液及络合剂按体积比为15-20:15-20:1同时加入反应釜中；(2)搅拌以进行表面处理，然后进行过滤，干燥制得三元正极材料最终的前躯体；(3)将得到的最终的前躯体与碳酸锂按摩尔比为1:(0.5～0.525)进行均匀混合烧结，最后冷却。然而，该文献中得到的正极材料，在实际使用过程中，高镍三元正极材料在倍率、循环性能及安全性能等方面存在明显的问题。因此如何使电池在兼顾能量密度和功率密度的前提下提高热失控稳定性，提高电池的安全性，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和应用。本专利技术通过在高镍材料表面包覆纳米保护颗粒，可以在不丧失高镍材料本身作为正极活性物质的优势的基材上，使得电池能够在兼顾能量密度时，有效提高电池的热失控稳定性，使得电池的安全性得以提升。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种正极材料，所述正极材料包括基体和包覆于所述基体表面的保护层，所述基体包括高镍活性物质，所述保护层包括纳米保护颗粒、导电剂和粘结剂；其中，所述高镍活性物质的化学式为LiNixCoyMnzO2，0.5＜x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，例如，所述x可以为0.55、0.6、0.7、0.8、0.9或1等；所述y可以为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等；所述z可以为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等；所述纳米保护颗粒的化学式为LiNimCoyMnzO2，0≤m≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1，例如所述m可以为0、0.1、0.2、0.3、0.4或0.5等；所述y可以为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等；所述z可以为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1等。本专利技术中，高镍活性物质的化学式与纳米保护颗粒的化学式的区别为Ni的含量不同，即x与m的区别，其余参数的数值范围相同。本专利技术中，以具有较高能量密度的高镍活性物质作为正极材料的基体，辅以包覆层中的纳米保护颗粒，可以为低镍活性物质，也可以为不含镍的活性物质，上述物质具有更高的热稳定性，且选用纳米级别的颗粒，便于吸附在内部高镍活性物质的表面，导电剂可以很好的将外层高安全体系纳米保护颗粒缠绕在一起，并均匀包覆和固定在内部高镍活性物质的表面，粘结剂可以起到加强固定的作用，防止充放电过程中外层高安全体系纳米保护颗粒的脱落，因此，本专利技术通过将具有较高能量密度的活性物质包覆于内部，以热稳定性高的具有高安全体系的纳米保护颗粒、导电剂和粘结剂作为外部保护层，相互协同作用，可以使得制备得到的电池在在兼顾能量密度时，有效提高电池的热失控稳定性，使得电池的安全性得以提升。优选地，所述LiNixCoyO2中，0.7≤x≤1，例如0.7、0.8、0.9或1等。基体中的高镍活性物质，镍的含量越高，越有利于提升电池的能量密度，随着Ni含量的提升，活物质中可用于脱嵌的锂增加，材料对应容量发挥增加，对应电芯能量密度增加。优选地，所述高镍活性物质的中值粒径为3～10μm，例如3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等。优选地，所述纳米保护颗粒的中值粒径为100～800nm，例如100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm或800nm等。优选地，所述高镍活性物质与纳米保护颗粒的质量比为(1～10):1，例如1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1等，优选为(4～7):1。本专利技术中，高镍活性物质与纳米保护颗粒的质量比过小会导致能量密度损失较大，过高会导致安全改善幅度较小。优选地，所述正极材料中，导电剂的质量占比为0.5～5％，例如0.5％、1％、2％、3％、4％或5％等。优选地，所述正极材料中，所述粘结剂的质量占比为1.2～3％，例如1.25、1.5％、2％、2.5％或3％等。优选地，所述导电剂选自纤维状、管状、线状或片状导电剂，优选包括碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。本专利技术中，通过上述导电剂，可以更加有效地将外层高安全体系纳米保护颗粒缠绕包裹在一起，并均匀包覆和固定在内部高镍活性物质的表面。优选地，所述纤维状、管状、线状导电剂的直径为50～500nm，例如50nm、100nm、200nm、300nm、400nm或500nm等。优选地，所述纤维状、管状、线状导电剂的长径比≥10，例如10、11、12或13等。优选地，所述片状导电剂的长宽比≥10，例如10、11、12、13、14或15等。优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丁苯胶乳、聚丁烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯酸酯或聚丁烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的正极材料的制备方法，所述制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括基体和包覆于所述基体表面的保护层，所述基体包括高镍活性物质，所述保护层包括纳米保护颗粒、导电剂和粘结剂；/n其中，所述高镍活性物质的化学式为LiNi

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括基体和包覆于所述基体表面的保护层，所述基体包括高镍活性物质，所述保护层包括纳米保护颗粒、导电剂和粘结剂；
其中，所述高镍活性物质的化学式为LiNixCoyMnzO2，0.5＜x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1；
所述纳米保护颗粒的化学式为LiNimCoyMnzO2，0≤m≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1。


2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述LiNixCoyO2中，0.7≤x≤1；
优选地，所述高镍活性物质的中值粒径为3～10μm。


3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述纳米保护颗粒的中值粒径为100～800nm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述高镍活性物质与纳米保护颗粒的质量比为(1～10):1，优选为(4～7):1。


5.根据权利要求1-4任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中，导电剂的质量占比为0.5～5％；
优选地，所述正极材料中，所述粘结剂的质量占比为1.2～3％。


6.根据权利要求1-5任一项所述的正极材料，其特征在于，所述导电剂选自纤维状、管状、线状或片状导电剂，优选包括碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明奎，苏树发，高飞，
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