一种正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，所述正极材料的化学通式为式(1)所示：Li

【技术实现步骤摘要】
一种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
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]超高镍层状单晶正极材料(LiNi
x
M
y
O2,x>0.9,x+y＝1)是下一代高比能量密度正极材料的候选者之一，其容量高，而且可以有效避免形成微裂纹，维持材料的结构稳定性。但是，在实际制备中，超高镍层状单晶正极材料倾向于形成非化学计量比的Li1‑
x
Ni
1+x
O2化合物，其中x值与合成条件息息相关，材料的重现性极差，严重制约了超高镍层状单晶正极材料的产业化应用。非化学计量比问题形成的主要有两方面原因：第一，Ni
2+
→
Ni
3+
氧化势垒高，使得Ni
2+
残余并进入Li
+
位点，造成Li/Ni混排；第二，高温煅烧过程中，锂盐挥发导致材料缺锂，非化学计量比的问题不仅为超高镍材料的产业化稳定制备带来了一定的挑战，而且它导致了首周容量和循环容量的急剧恶化。
[0003]因此，为了保证正极材料同时兼具高容量、高首效和优异循环稳定性，现在急需一种化学计量比锂量的正极材料。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是为了提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，本申请的超正极材料具有化学计量比的锂量，其重现性佳且兼顾高容量、高首效和优异循环稳定性的特点。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，所述正极材料的化学通式为式(1)所示：
[0006]Li
a
Ni
m
Co
n
M1‑
m
‑
n
O2ꢀꢀꢀ
(1)
[0007]式中：1.000≤a≤1.015，0.9≤m≤1.0，0≤n≤0.1，a＝x+y+z，所述M包括过渡金属元素、第II主族元素和第III主族元素中的至少一种，其中：
[0008]x表示所述正极材料中晶格锂与金属元素的摩尔比值，x＝0.984～0.990；
[0009]y表示所述正极材料中活性锂与金属元素的摩尔比值，y＝0.010～0.020；
[0010]z表示所述正极材料中表面自由锂与金属元素的摩尔比值，z＝0.010～0.015；
[0011]其中，所述金属元素包括Ni、Co和M的总和。
[0012]结合第一方面，所述正极材料包括如下特征(1)～(8)中的至少一种：
[0013](1)所述M包括B、Mg、Al、Si、P、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ba和W中的至少一种；
[0014](2)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，及包覆在所述一次粒子的至少部分表面的包覆层，所述二次粒子包括多个带有包覆层的一次粒子；
[0015](3)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，及包覆在所述一次粒子的至少部分表面的包覆层，所述包覆层包括含锂化合物，所述含锂化合物包括Li3BO3、LiAlO2、
Li2SiO3、Li3PO4、LiTi2O4、Li4Ti5O
12
、LiVO3、LiMn2O4、Li2MnO3、LiFeO2、Li2ZrO3、Li3NbO4、Li2MoO3和Li2WO4中的至少一种；
[0016](4)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，及包覆在所述一次粒子的至少部分表面的包覆层，所述包覆层的厚度为2nm～40nm；
[0017](5)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，及包覆在所述一次粒子的至少部分表面的包覆层，所述包覆层在所述正极材料中的质量占比为0.01％～1％；
[0018](6)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，所述一次粒子的中值粒径为1.5μm～3.0μm；
[0019](7)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，所述一次粒子的晶体颗粒形貌包括类球形、凸多面体形和凹多面体形中的至少一种；
[0020](8)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，所述二次粒子的平均粒径为1.5μm～10μm。
[0021]结合第一方面，所述正极材料包括如下特征(1)～(2)中的至少一种：
[0022](1)所述正极材料在63.66MPa加压下的粉体电导率为10
‑4S/cm～10
‑1S/cm；
[0023](2)所述正极材料的比表面积为0.3m2/g～2.0m2/g。
[0024]第二方面，本申请公开了一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]将Ni
m
Co
n
M1‑
m
‑
n
(OH)2前驱体与第一锂化合物混合，进行一次热处理得到基体材料，其中，0.9≤m≤1.0，0≤n≤0.1，所述M包括过渡金属元素、第II主族元素和第III主族元素中的至少一种；
[0026]将所述基体材料与第二锂化合物混合后，进行二次热处理得到正极材料。
[0027]结合第二方面，所述方法包括如下特征(1)～(8)中的至少一种：
[0028](1)所述M包括B、Mg、Al、Si、P、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ba和W中的至少一种；
[0029](2)所述第一锂化合物和Ni
m
Co
n
M1‑
m
‑
n
(OH)2前驱体的摩尔比为1.01～1.10；
[0030](3)所述第一锂化合物包括氢氧化锂、碳酸锂、二水合醋酸锂、硝酸锂、硫酸锂和磷酸锂中的至少一种；
[0031](4)所述一次热处理的温度为700℃～850℃；
[0032](5)所述一次热处理的时间为6h～20h；
[0033](6)所述一次热处理在第一含氧氛围中进行；
[0034](7)所述一次热处理在第一含氧氛围中进行，所述第一含氧氛围的含氧量为90.00％～99.99％；
[0035](8)在所述基体材料的XRD图谱中，所述基体材料具有组合的(102)和(006)晶面与(101)晶面的布拉格衍射峰强度比R，其中，且R小于0.41。
[0036]结合第二方面，在进行一次热处理之前还包括将第一掺杂剂加入到所述Ni
m
Co
n
M1‑
m
‑
n
(OH)2前驱体与第一锂化合物中的步骤，其包括如下特征(1)～(4)中的至少一种：
[0037](1)所述第一掺杂剂包括金属含氧化合物或非金属含氧化合物；
[0038](2)所述第一掺杂剂包括金属含氧化合物或非金属含氧化合物，所述金属含氧化
合物或非金属含氧化合物包括Mg、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，所述正极材料的化学通式为式(1)所示：Li
a
Ni
m
Co
n
M1‑
m
‑
n
O2ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：1.000≤a≤1.015，0.9≤m≤1.0，0≤n≤0.1，a＝x+y+z，所述M包括过渡金属元素、第II主族元素和第III主族元素中的至少一种，其中：x表示所述正极材料中晶格锂与金属元素的摩尔比值，x＝0.984～0.990；y表示所述正极材料中活性锂与金属元素的摩尔比值，y＝0.010～0.020；z表示所述正极材料中表面自由锂与金属元素的摩尔比值，z＝0.010～0.015；其中，所述金属元素包括Ni、Co和M的总和。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如下特征(1)～(8)中的至少一种：(1)所述M包括B、Mg、Al、Si、P、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ba和W中的至少一种；(2)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，及包覆在所述一次粒子的至少部分表面的包覆层，所述二次粒子包括多个带有包覆层的一次粒子；(3)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，及包覆在所述一次粒子的至少部分表面的包覆层，所述包覆层包括含锂化合物，所述含锂化合物包括Li3BO3、LiAlO2、Li2SiO3、Li3PO4、LiTi2O4、Li4Ti5O
12
、LiVO3、LiMn2O4、Li2MnO3、LiFeO2、Li2ZrO3、Li3NbO4、Li2MoO3和Li2WO4中的至少一种；(4)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，及包覆在所述一次粒子的至少部分表面的包覆层，所述包覆层的厚度为2nm～40nm；(5)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，及包覆在所述一次粒子的至少部分表面的包覆层，所述包覆层在所述正极材料中的质量占比为0.01％～1％；(6)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，所述一次粒子的中值粒径为1.5μm～3.0μm；(7)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，所述一次粒子的晶体颗粒形貌包括类球形、凸多面体形和凹多面体形中的至少一种；(8)所述正极材料包括二次粒子和/或一次粒子，所述二次粒子的平均粒径为1.5μm～10μm。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如下特征(1)～(2)中的至少一种：(1)所述正极材料在63.66MPa加压下的粉体电导率为10
‑4S/cm～10
‑1S/cm；(2)所述正极材料的比表面积为0.3m2/g～2.0m2/g。4.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Ni
m
Co
n
M1‑
m
‑
n
(OH)2前驱体与第一锂化合物混合，进行一次热处理得到基体材料，其中，0.9≤m≤1.0，0≤n≤0.1，所述M包括过渡金属元素、第II主族元素和第III主族元素中的至少一种；将所述基体材料与第二锂化合物混合后，进行二次热处理得到正极材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下特征(1)～(8)中的至少一种：
(1)所述M包括B、Mg、Al、Si、P、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Zn、Ge、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ba和W中的至少一种；(2)所述第一锂化合物和Ni<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文慧，文洪超，郑玉，严武渭，程林，杨顺毅，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：