一种正极材料、其制备方法及其锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种正极材料，具有球缺体形貌或球台体形貌。本发明专利技术提供的正极材料底部贴合集流体，可以提高锂离子电池极片的压实性能，还可以减少粘结剂的用量从而提高电池的能量密度、降低锂离子电池成本。降低锂离子电池成本。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料、其制备方法及其锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种正极材料、其制备方法及其锂离子电池。

技术介绍

[0002]由于锂离子电池具有能量密度大、输出电压高、自放电小、工作温度范围宽、使用寿命长等优点，所以随着电子设备、电动工具和电动汽车的大规模应用，锂离子电池的产量也逐渐增长，对于锂离子电池能量密度的要求也越来越高。提高正极材料的压实密度和增加极片中正极材料含量可以提高锂离子电池的能量密度。
[0003]如公开号CN108923041B的中国专利公开了一种单晶形貌的三元正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述的三元材料具有单晶形貌、压实密度较高，且材料在高电压下可以保持良好的循环稳定性。
[0004]如公开号为CN106410182B的中国专利公开了一种高压实密度微米级单晶三元正极材料的制备方法。所制备的三元正极材料具有微米级单晶形貌、压实密度大以及良好的电化学性能。
[0005]如公开号为CN108807965B的中国专利公开了一种用于高压实密度NCA正极材料的制备方法。所述的制备方法包括以下步骤：在混料机中将类球形镍钴铝酸锂LiNi
0.94
Co
0.04
Al
0.02
O2)三元正极材料与单晶型镍钴铝酸锂(LiNi
0.94
Co
0.04
Al
0.02
O2)三元正极材料混合，类球形镍钴铝酸锂和单晶型镍钴铝酸锂的摩尔比例为1.5～4之间，压实密度可以达到3.80g/cm3以上，首次放电比容量可以达到218mAh/g以上，制备得高压实密度镍钴铝酸锂三元正极材料的方法。本专利技术所制备的材料不仅具有高的压实密度，还具有较高的克容量、循环性能及良好的高温储存性能。
[0006]如公开号为CN108807982A的中国专利公开了一种高压实密度的正极材料的制作配方。所述的配方组成材料再加工冷压工艺后，原材中的大小颗粒混合可以有效增加材料的压实密度，并且提高克容量以及电池的循环性能。
[0007]以上专利中，通过材料形貌单晶化、不同种类正极材料混合使用、不同粒径正极材料混合使用等可以提高正极材料压实密度。所述的正极材料形貌都是球形或单晶球形形貌，这样的正极材料在极片压实过程中，材料和集流体之间通过颗粒外表面接触，接触方式是点接触。通过力学分析得知，同样的辊压压力在点接触时压强最大，会导致正极材料发生破碎、电池循环性能下降。
[0008]而且，在锂电池制作过程中需要使用粘结剂提高材料和集流体之间的结合力，由于正极材料和集流体的接触面积较小，所以必须提高粘结剂的使用量或者使用高分子量的粘结剂，而这些方法增加了电池成本。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种正极材料、其制备方法及其锂
离子电池，本专利技术提供的球缺体正极材料底部贴合集流体，可以提高锂离子电池极片的压实性能，还可以减少粘结剂的用量从而提高电池的能量密度、降低锂离子电池成本。
[0010]本专利技术提供了一种正极材料，具有球缺体形貌或球台体形貌。
[0011]优选的，所述球缺体的高为2～30μm，球缺体的大圆直径为2～40μm，球缺体的底面直径为2～40μm，所述球缺体的壁厚为0.2～10μm。
[0012]优选的，所述正极材料的底面与集流体以面接触的方式结合。
[0013]优选的，所述正极材料为富锂锰基正极材料、三元正极材料、高镍正极材料、钴酸锂正极材料、锰酸锂正极材料、镍酸锂正极材料、磷酸铁锂正极材料。
[0014]本专利技术还提供了一种上述正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]A)配制过渡金属盐混合溶液；
[0016]B)将部分所述过渡金属盐混合溶液和模板剂混合后，加入碳酸盐进行共沉淀反应，然后加入氧化剂进行氧化反应，调节pH后，得到反应悬浊液；
[0017]将所述反应悬浊液固液分离后进行干燥和气流分级，得到具有中空结构的球缺体形貌或球台体形貌的金属碳酸盐前驱体；
[0018]所述模板剂选自海藻酸或海藻酸盐；
[0019]C)将剩余部分的所述过渡金属盐混合溶液、碳酸盐与所述具有中空结构的球缺体形貌或球台体形貌的金属碳酸盐前驱体混合，进行共沉淀反应，过滤、干燥、过筛后得到具有球缺体或球台体形貌的金属碳酸盐前驱体；
[0020]D)将所述具有球缺体或球台体形貌的金属碳酸盐前驱体与锂盐混合后烧结，得到正极材料。
[0021]优选的，所述过渡金属盐混合溶液中包括镍盐、钴盐和锰盐；
[0022]所述镍盐选自硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或多种；
[0023]所述钴盐选自硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或多种；
[0024]所述锰盐选自硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或多种；
[0025]所述过渡金属盐混合溶液中过渡金属盐的浓度为0.2～8mol/L。
[0026]优选的，所述碳酸盐选自碳酸钠或碳酸氢钠；
[0027]所述氧化剂选自双氧水、氧气、过氧乙酸或高锰酸钾，优选为双氧水。
[0028]优选的，步骤B)中，所述模板剂、过渡金属离子和碳酸盐的摩尔比为(0.001～0.02)：1：1；
[0029]步骤C)中，所述过渡金属离子和碳酸盐的摩尔比为1：(1～1.2)。
[0030]优选的，步骤D)中，所述烧结的温度为650～1100℃，时间为4～24h。
[0031]本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极由上述正极材料、导电剂和粘结剂涂覆于集流体表面制备而成，所述正极材料的底面与集流体以面接触的方式结合，所述粘结剂占所述正极材料、导电剂和粘结剂总质量的1～5％。
[0032]与现有技术相比，本专利技术提供了一种正极材料，具有球缺体形貌或球台体形貌。本专利技术提供的正极材料底部贴合集流体，可以提高锂离子电池极片的压实性能，还可以减少粘结剂的用量从而提高电池的能量密度、降低锂离子电池成本。
附图说明
[0033]图1为比较例1所述的球形富锂锰正极材料的SEM图；
[0034]图2为实施例1制备的中空半球形碳酸盐前躯体Ⅰ的SEM图；
[0035]图3为实施例1制备的半球形富锂锰基正极材料的SEM图；
[0036]图4为比较例1和实施例1制作的正极极片示意图；
[0037]图5为比较例1和实施例1制作的电池循环性能对比曲线。
具体实施方式
[0038]本专利技术提供了一种正极材料，具有球缺体形貌或球台体形貌。
[0039]在本专利技术中，所述球缺体的高为2～30μm，优选为2、5、10、15、20、25、30，或2～30μm之间的任意值，球缺体的大圆直径为2～40μm，优选为2、5、10、15、20、25、30、35、40，或2～40μm之间的任意值，球缺体的底面直径为2～40μm，优选为2、5、10、15、20、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，具有球缺体形貌或球台体形貌。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述球缺体的高为2～30μm，球缺体的大圆直径为2～40μm，球缺体的底面直径为2～40μm，所述球缺体的壁厚为0.2～10μm。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的底面与集流体以面接触的方式结合。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料为富锂锰基正极材料、三元正极材料、高镍正极材料、钴酸锂正极材料、锰酸锂正极材料、镍酸锂正极材料、磷酸铁锂正极材料。5.一种如权利要求1～4任意一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)配制过渡金属盐混合溶液；B)将部分所述过渡金属盐混合溶液和模板剂混合后，加入碳酸盐进行共沉淀反应，然后加入氧化剂进行氧化反应，调节pH后，得到反应悬浊液；将所述反应悬浊液固液分离后进行干燥和气流分级，得到具有中空结构的球缺体形貌或球台体形貌的金属碳酸盐前驱体；所述模板剂选自海藻酸或海藻酸盐；C)将剩余部分的所述过渡金属盐混合溶液、碳酸盐与所述具有中空结构的球缺体形貌或球台体形貌的金属碳酸盐前驱体混合，进行共沉淀反应，过滤、干燥、过筛后得到具有球缺体或球台体形貌的金属碳酸盐前驱体；D)将所述具有球缺体...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛喜雅勒图，顾庆文，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：