正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请涉及正极材料领域，提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，其中，所述正极材料包括：活性物质，其化学通式为Li

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、锂离子电池


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

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。
[0003]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，由于三元正极材料表面残碱问题严重，在长循环过程中气胀现象明显，导致电池的容量衰减。因此，如何改善三元正极材料的循环稳定性是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提出正极材料及其制备方法、锂离子电池，能够有效改善正极材料的循环稳定性。
[0005]第一方面，本申请提供一种正极材料，所述正极材料包括：
[0006]活性物质，其化学通式为Li
a
Ni
x
Co
y
M
z
O2，其中，0.95≤a≤1.05，0.8≤x<1，0<y+z≤0.2，M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；及
[0007]形成于所述活性物质的至少部分表面的包覆层，所述包覆层包括共价
‑
有机框架材料及金属
‑
有机框架材料，所述共价
‑
有机框架材料包括孔道结构，所述金属
‑
有机框架材料位于所述孔道结构的孔壁。
[0008]在上述技术方案中，通过共价/>‑
有机框架材料(COFs)来约束金属
‑
有机框架材料(MOFs)的生长，在活性物质的至少部分表面形成包覆层；利用COFs材料特有的孔道结构作为模板，来限制MOFs材料的无限制生长，COFs材料与MOFs材料通过C＝C、C＝N和C
‑
N等化学键的拉伸作用，形成链状结构，使得MOFs材料能够生长在可约束的COFs材料孔道结构内，并沿孔道结构的孔壁延伸生长。形成的包覆层具有良好的透气性，同时能够有效吸附活性物质自身的产气和电池循环过程的产出气体，增加材料的比表面积，提高正极材料与电解液的浸润程度，提供更多的锂离子扩散通道，减少固体电解质界面膜的形成，缓解电解液中氢氟酸对高镍正极材料的腐蚀，提高材料的循环稳定性和使用寿命。
[0009]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述正极材料满足以下特征a～e中的至少一种：
[0010]a.所述共价
‑
有机框架材料包括COF
‑
1、COF
‑
5、COF
‑
102、COF
‑
103、COF
‑
TpPa
‑
1的至少一种；
[0011]b.所述金属
‑
有机框架材料包括ZIF
‑
67、ZIF
‑
90，ZIF
‑
2、ZIF
‑
8、MOF
‑
5中的至少一种；
[0012]c.所述共价
‑
有机框架材料的孔道结构的直径为0.8nm至5nm；
[0013]d.所述共价
‑
有机框架材料的孔道结构的深度为1nm至50nm；
[0014]e.所述金属
‑
有机框架材料的厚度为0.5nm至5nm。
[0015]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述正极材料满足以下特征a～g中的至少一种：
[0016]a.所述包覆层的厚度为3nm至10nm；
[0017]b.所述包覆层具有微孔和/或纳米孔；
[0018]c.所述正极材料的平均粒径为8μm至20μm；
[0019]d.所述正极材料的比表面积为0.3m2/g至0.8m2/g；
[0020]e.所述正极材料在5kN/cm2加压下的粉体电导率大于0.09S/cm；
[0021]f.所述正极材料的pH值为11.4至11.7；
[0022]g.所述正极材料的孔隙率为30％至60％。
[0023]第二方面，本申请提供一种正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0024]将Ni
x
Co
y
M
z
氧化物或Ni
x
Co
y
M
z
氢氧化物以及锂源混合，得到混合物，将所述混合物烧结，得到活性物质，其中，0.8≤x<1，0<y+z≤0.2，M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；
[0025]将共价
‑
有机框架材料与活性物质加入溶剂中，得到混合溶液，并往所述混合溶液中加入金属盐混合后，再加入2
‑
甲基咪唑水洗搅拌，过滤、干燥、筛分，得到正极材料。
[0026]在上述技术方案中，将烧结得到的活性物质与共价
‑
有机框架材料(COFs)一起加入溶剂中，使得COFs材料能够附着在活性物质的至少部分表面，利用COFs材料特有的孔道结构作为模板，来限制MOFs材料的无限制生长，COFs材料与MOFs材料通过C＝C、C＝N和C
‑
N等化学键的拉伸作用，形成链状结构，使得MOFs材料能够生长在可约束的COFs材料孔道结构内，并沿孔道结构的孔壁延伸生长。形成的包覆层具有微孔和/或纳米孔网络结构，包覆层具有良好的透气性，制备过程简单，可控性强，包覆后的正极材料能够提高大倍率下循环稳定性和使用寿命。
[0027]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述制备方法满足以下条件a～c的至少一者：
[0028]a.所述锂源的添加量为：使得Ni、Co及M的摩尔含量总和与Li的摩尔含量比值为1：(0.95～1.3)；
[0029]b.所述锂源包括碳酸锂、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；
[0030]c.所述锂源的颗粒粒径为300μm～600μm。
[0031]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述制备方法满足以下条件a～f的至少一者：
[0032]a.所述金属盐与所述活性物质的质量比为(0.01
‑
0.05):1；
[0033]b.所述2
‑
甲基咪唑与所述活性物质的质量比为(0.005
‑
0.01):1；
[0034]c.所述共价
‑
有机框架材料的孔道结构的直径为0.8nm至5nm；
[0035]d.所述共价
‑
有机框架材料的孔道结构的深度为1nm至50nm；
[0036]e.所述共价
‑
有机框架材料与所述活性物质的质量比为(0.01～0.03):1；
[0037]f.所述溶剂包括纯水、甲醇、乙醇、乙二醇至少一种。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：活性物质，其化学通式为Li
a
Ni
x
Co
y
M
z
O2，其中，0.95≤a≤1.05，0.8≤x&lt;1，0&lt;y+z≤0.2，M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；及形成于所述活性物质的至少部分表面的包覆层，所述包覆层包括共价
‑
有机框架材料及金属
‑
有机框架材料，所述共价
‑
有机框架材料包括孔道结构，所述金属
‑
有机框架材料位于所述孔道结构的孔壁。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，其满足以下特征a～e中的至少一种：a.所述共价
‑
有机框架材料包括COF
‑
1、COF
‑
5、COF
‑
102、COF
‑
103、COF
‑
TpPa
‑
1的至少一种；b.所述金属
‑
有机框架材料包括ZIF
‑
67、ZIF
‑
90，ZIF
‑
2、ZIF
‑
8、MOF
‑
5中的至少一种；c.所述共价
‑
有机框架材料的孔道结构的直径为0.8nm至5nm；d.所述共价
‑
有机框架材料的孔道结构的深度为1nm至50nm；e.所述金属
‑
有机框架材料的厚度为0.5nm至5nm。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，其满足以下特征a～g中的至少一种：a.所述包覆层的厚度为3nm至10nm；b.所述包覆层具有微孔和/或纳米孔；c.所述正极材料的平均粒径为8μm至20μm；d.所述正极材料的比表面积为0.3m2/g至0.8m2/g；e.所述正极材料在5kN/cm2加压下的粉体电导率大于0.09S/cm；f.所述正极材料的pH值为11.4至11.7；g.所述正极材料的孔隙率为30％至60％。4.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将Ni
x
Co
y
M
z
氧化物或Ni
x
Co
y
M
z
氢氧化物以及锂源混合，得到混合物，将所述混合物烧结，得到活性物质，其中，0.8≤x&lt;1，0&lt;y+z≤0.2，M选自Mn、Al、Cu、Zn、Cr中的至少一种；将共价
‑
有机框架材料与活性物质加入溶剂中，得到混合溶液，并往所述混合溶液中加入金属盐混合后，再加入2
‑
甲基咪...

【专利技术属性】
技术研发人员：张韦，宋雄，任付金，吴小珍，杨顺毅，黄友元，
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：