正极活性材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请提供正极活性材料及其制备方法、锂离子电池，其中，所述正极活性材料的化学通式为Li

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本申请涉及正极材料
，具体地讲，涉及正极活性材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]三元正极材料由于其高的比容量和能量密度而备受关注，但是在实际的应用中还存在缺陷，由于锂离子与镍离子半径相近，存在阳离子混排现象，锂层中的镍离子浓度越大，锂在层状结构中的脱嵌越难，导致较大的容量衰减。
[0003]目前主要是通过离子掺杂来改善材料的结构稳定性以及电化学性能。但是一般的掺杂主要由高温的扩散来完成，元素掺杂在过渡金属层或过渡金属层和锂层，但是现有的掺杂处理无法实现精确掺杂，碱金属离子不能精确掺杂进入锂层内，导致锂层中的碱金属离子掺杂量不足，即碱金属离子无法在锂层中形成支柱结构，从而导致三元正极材料中的Li
‑
Ni阳离子混排，使得材料的晶体结构稳定性下降。因此，如何实现碱金属离子定向掺杂，提高碱金属离子在锂层中的掺杂量，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提出正极活性材料及其制备方法、锂离子电池，能够实现碱金属离子的定向掺杂，提高碱金属离子在锂层中的掺杂量，从而有效改善正极活性材料的结构稳定性，进而改善材料的循环性能。
[0005]第一方面，本申请提供一种正极活性材料，所述正极活性材料的化学通式为Li
a
Y
b
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2，其中，0.95≤a≤1.08，0≤b<0.2，0.4≤x<0.95，0≤y<0.6；M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；Y选自Na、K、Rb、Cs、Fr中的至少一种；所述Y离子在所述正极活性材料的锂层中的掺杂量是Y离子总掺杂量的80％以上。
[0006]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述正极活性材料满足以下特征a～c中的至少一种：
[0007]a.所述正极活性材料的晶体结构属于空间群R3m；
[0008]b.在所述正极活性材料的XRD图谱中，(003)面与(104)面之间的衍射峰强度比I
003
/I
104
满足1.3＜I
003
/I
104
≤1.7；
[0009]c.所述正极活性材料的晶格参数c满足以下关系：
[0010]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述正极活性材料满足以下特征a～d中的至少一种：
[0011]a.所述正极活性材料的平均粒径为5μm至15μm；
[0012]b.所述正极活性材料的比表面积为0.6m2/g至1.6m2/g；
[0013]c.所述正极活性材料在5kN/cm2加压下的粉体电导率大于0.09S/cm；
[0014]d.在所述正极活性材料中，Li
‑
Ni混排度小于2.6％。
[0015]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述正极活性材料满足以下特征a～b
中的至少一种：
[0016]a.所述正极活性材料的锂层中的Li原子与氧层中的O原子的层间距为
[0017]b.在所述正极活性材料的锂层中，所述Y离子的锂位置占有率为3％～3.6％。
[0018]第二方面，本申请提供一种正极活性材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0019]往溶剂中的加入预设比例的Li源、Ni源、Co源、M源、Y源以及钙钛矿类化合物，混合均匀得到混合物；其中，M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；Y选自Na、K、Rb、Cs、Fr中的至少一种；及
[0020]将所述混合物进行喷雾干燥、烧结，得到正极活性材料。
[0021]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述Li源、所述Ni源、所述Co源、所述M源的添加量满足以下关系：使得Ni、Co及M的摩尔含量总和与Li的摩尔含量比值为1：(0.95～1.08)；且
[0022]所述Y源、所述Ni源、所述Co源、所述M源的添加量满足以下关系：使得Ni、Co及M的摩尔含量总和与Y的摩尔含量比值为1：(0～0.2)。
[0023]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述方法满足以下特征a至g中的至少一种：
[0024]a.所述Li源包括碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、硫酸锂、氯化锂、硝酸锂及草酸锂中的至少一种；
[0025]b.所述Y源包括Y的碳酸盐、Y的氢氧化物、Y的乙酸盐、Y的草酸盐、Y的硫酸盐、Y的氯化物、Y的硝酸盐中的至少一种；
[0026]c.所述Ni源包括碳酸镍、氢氧化镍、乙酸镍、草酸镍、硝酸镍、氯化镍、硝酸镍中的至少一种；
[0027]d.所述M源包括M的氢氧化物、M的碳酸盐、M的乙酸盐、M的硝酸盐、M的盐酸盐、M的硫酸盐中的至少一种；
[0028]e.所述Co源包括碳酸钴、氢氧化钴、乙酸钴、草酸钴、硫酸钴、氯化钴、硝酸钴中的至少一种。
[0029]f.所述喷雾干燥的条件为：进口温度为150℃～280℃，出口温度为80℃～140℃，进料速度为20ml/min～80ml/min；
[0030]g.所述烧结的条件为：烧结温度为500℃～1000℃，升温速率为2℃/min～5℃/min，烧结时间为10h～24h。
[0031]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述钙钛矿类化合物包括LaFeO3、CaTiO3、LaCeO3中的至少一种。
[0032]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述混合物还包括有机物，所述有机物包括聚乙二醇、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯腈中的至少一种。
[0033]第三方面，本申请提供一种锂离子电池，包括正极极片，所述正极极片包括如第一方面所述的正极活性材料或如上述第二方面的制备方法制备的正极活性材料。
[0034]本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：
[0035]首先，本申请提供的正极活性材料，通过碱金属离子的锂位置定向掺杂，提高碱金属离子在锂层中的掺杂量，大量的碱金属离子锂位置掺杂扩大了锂层中的Li原子与氧层中的O原子的层间距，稳定晶体结构，并且减小了Li
‑
Ni阳离子混排，加快了锂离子的扩散速
率，从而有效改善电池在循环过程中的容量衰减，增强了循环性能和倍率性能。
[0036]其次，本申请提供的正极活性材料的制备方法，在混合原料加入钙钛矿类化合物，通过烧结处理，钙钛矿类化合物中的稀土元素可以降低碱金属离子进入锂层的势垒，使得碱金属离子实现锂位置定向掺杂，扩大锂层中的Li原子与氧层中的O原子的层间距，稳定晶体结构，有效改善电池在循环过程中的容量衰减，增强了循环性能和倍率性能；采用喷雾干燥法，干燥过程迅速，易于控制形貌，非常适合大规模生产。
附图说明
[0037]图1为本申请现有技术提供的正极活性材料的晶体结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的化学通式为Li
a
Y
b
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2，其中，0.95≤a≤1.08，0≤b<0.2，0.4≤x<0.95，0≤y<0.6；M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；Y选自Na、K、Rb、Cs、Fr中的至少一种；所述Y离子在所述正极活性材料的锂层中的掺杂量是Y离子总掺杂量的80％以上。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，其满足以下特征a～c中的至少一种：a.所述正极活性材料的晶体结构属于空间群R3m；b.在所述正极活性材料的XRD图谱中，(003)面与(104)面之间的衍射峰强度比I
003
/I
104
满足1.3＜I
003
/I
104
≤1.7；c.所述正极活性材料的晶格参数c满足以下关系：3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，其满足以下特征a～d中的至少一种：a.所述正极活性材料的平均粒径为5μm至15μm；b.所述正极活性材料的比表面积为0.6m2/g至1.6m2/g；c.所述正极活性材料在5kN/cm2加压下的粉体电导率大于0.09S/cm；d.在所述正极活性材料中，Li
‑
Ni混排度小于2.6％。4.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，其满足以下特征a～b中的至少一种：a.所述正极活性材料的锂层中的Li原子与氧层中的O原子的层间距为b.在所述正极活性材料的锂层中，所述Y离子的锂位置占有率为3％～3.6％。5.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：往溶剂中的加入预设比例的Li源、Ni源、Co源、M源、Y源以及钙钛矿类化合物，混合均匀得到混合物；其中，M选自Mn、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迪，宋雄，任付金，吴小珍，杨顺毅，黄友元，贺雪琴，
申请(专利权)人：贝特瑞江苏新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：