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，正极材料包括：二次粒子，二次粒子包括多个一次粒子，一次粒子包含活性物质，活性物质的化学通式为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。如何提高锂电池的倍率性能、热稳定性及循环稳定性一直是研发人员的探索方向。现有的高镍正极材料在经过长循环后，颗粒裂化使得内部结构容易直接暴露，影响正极材料的长循环稳定性，影响锂电池的倍率性能。
[0003]基于此，亟需开发一种正极材料及其制备方法，以提高包覆均匀性，进而提高锂电池的倍率性能、热稳定性及循环稳定性，降低生产成本。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请提出了正极材料及其制备方法、锂离子电池，可以提高包覆均匀性，精准控制包覆量，提高锂电池的倍率性能、热稳定性及循环稳定性，降低生产成本。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，所正极材料包括：
[0006]二次粒子，所述二次粒子包括多个一次粒子，所述一次粒子包含活性物质，所述活性物质的化学通式为Li
b
Ni
x
Co
y
M
z
R
w
O2，其中，0.95≤b≤1.10，0.8≤x<1，0<y+z+w≤0.2，x+y+z+w＝1，0.0001≤w≤0.003；M选自Mn及Al中的至少一种；R为掺杂金属；及
[0007]包覆层，所述包覆层包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层形成于所述一次粒子的表面，所述第二包覆层形成于所述二次粒子的表面，所述第一包覆层和第二包覆层均包含磷酸化合物；
[0008]所述正极材料表面的任意一点处的单点磷含量a
’
，与所述正极材料表面的平均磷含量a之间满足以下关系：
[0009]0.9a≤a
’
≤1.1a；
[0010]其中，a
’
和a通过以下测试方法获得：
[0011]在用扫描电子显微镜观察所述正极材料的情况下，对所述正极材料表面的任意一点进行EDS点扫描测试磷含量，得到a
’
，对扫描电子显微镜的视野中任意选取的边长为100μm的四边形区域进行EDS面扫描测试磷含量，得到a。
[0012]结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述Li
b
Ni
x
Co
y
M
z
R
w
O2中的R包括Co、Mn、Al、Ti、Zr、Sr、Mg、Ca、Y、Ba、Cu、W、Nb、La、Ce、Mo及Sn中的至少一种。
[0013]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条件a～k的至少一者：
[0014]a.所述二次粒子呈球形或者类球形；
[0015]b.所述一次粒子的平均粒径为200nm～1000nm，所述二次粒子的平均粒径为3μm～20μm；
[0016]c.所述磷酸化合物包括Li3PO4及LiR
k
(PO4)
r
中的至少一种，0<k≤2，0<r≤2，R包括Co、Mn、Al、Ti、Zr、Sr、Mg、Ca、Y、Ba、Cu、W、Nb、La、Ce、Mo及Sn中的至少一种；
[0017]d.所述第一包覆层的磷酸化合物的制备原料包括磷酸金属盐和锂化合物，所述第二包覆层的磷酸化合物的制备原料包括磷酸、偏磷酸、亚磷酸、偏亚磷酸、焦磷酸、次磷酸、可溶性磷酸盐、可溶性偏磷酸盐、可溶性亚磷酸盐、可溶性偏亚磷酸盐、可溶性焦磷酸盐和可溶性次磷酸盐中的至少一种；
[0018]e.所述第一包覆层中的磷酸化合物的磷酸根含量为所述二次粒子的总质量的0.03wt％～0.3wt％；
[0019]f.所述第二包覆层中的磷酸化合物的磷酸根含量为所述二次粒子和所述第一包覆层的总质量的0.1wt％～0.7wt％；
[0020]g.所述第一包覆层或所述第二包覆层中的磷酸化合物的晶化磷酸根含量为磷酸根总质量的5wt％～50wt％；
[0021]h.所述第一包覆层的厚度为0.005μm～0.05μm；
[0022]i.所述第二包覆层的厚度为0.02μm～0.2μm；
[0023]j.所述正极材料在4kN/cm2加压下的粉体电导率大于0.02S/cm；
[0024]k.所述正极材料的比表面积为0.2m2/g～2.0m2/g。
[0025]本专利技术中所述“晶化磷酸根”，是指以晶体存在的含有磷酸根的化合物中的磷酸根。
[0026]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：
[0027]将Ni
a
Co
b
M
c
O或Ni
a
Co
b
M
c
(OH)2、锂化合物以及磷酸金属盐混合，得到混合物，将所述混合物烧结，得到烧结物，其中，a+b+c＝1，0.8≤a<1，0<b+c≤0.2，M选自Mn或Al中的至少一种，所述烧结物包括多个一次粒子及形成所述一次粒子表面的第一包覆层，所述第一包覆层包含磷酸化合物，所述磷酸金属盐的平均粒径小于0.5μm；及
[0028]将所述烧结物在50℃以下(包含50℃)通过溶剂洗涤、干燥，得到所述正极材料，其中，所述正极材料包括二次粒子及形成所述二次粒子表面的第二包覆层，所述二次粒子是一次粒子的聚集体，所述第二包覆层包含磷酸化合物。
[0029]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述方法满足以下条件a～f的至少一者：
[0030]a.所述锂化合物的添加量为：使得Ni、Co、M及所述磷酸金属盐中金属元素的摩尔含量总和与Li的摩尔含量比值为1：(0.95～1.10)；
[0031]b.所述锂化合物包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂及草酸锂中的至少一种；
[0032]c.所述磷酸金属盐的金属元素选自Co、Mn、Al、Ti、Zr、Sr、Mg、Ca、Y、Ba、Cu、W、Nb、La、Ce、Mo及Sn中的至少一种；
[0033]d.所述磷酸金属盐中的磷酸根含量为所述混合物总质量的0.03wt％～0.3wt％；
[0034]e.得到所述混合物的混合条件为：在10℃～50℃下固相混合0.3h～2h；
[0035]f.得到所述烧结物的烧结条件为：于含氧气氛下于650℃～850℃烧结6h～20h。
[0036]结合第二方面，在一种可行的实施方式中，所述方法满足以下条件a～b的至少一者：
[0037]a.所述溶剂包括水和非水物质，所述非水物质包括磷酸、偏磷酸、亚磷酸、偏亚磷
酸、焦磷酸、次磷酸、可溶性磷酸盐、可溶性偏磷酸盐、可溶性亚磷酸盐、可溶性偏亚磷酸盐、可溶性焦磷酸盐和可溶性本文档来自技高网...

【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：二次粒子，所述二次粒子包括多个一次粒子，所述一次粒子包含活性物质，所述活性物质的化学通式为Li
b
Ni
x
Co
y
M
z
R
w
O2，其中，0.95≤b≤1.10，0.8≤x<1，0<y+z+w≤0.2，x+y+z+w＝1，0.0001≤w≤0.003；M选自Mn及Al中的至少一种；R为掺杂金属；及包覆层，所述包覆层包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层形成于所述一次粒子的表面，所述第二包覆层形成于所述二次粒子的表面，所述第一包覆层和第二包覆层均包含磷酸化合物；所述正极材料表面的任意一点处的单点磷含量a
’
，与所述正极材料表面的平均磷含量a之间满足以下关系：0.9a≤a
’
≤1.1a；其中，a
’
和a通过以下测试方法获得：在用扫描电子显微镜观察所述正极材料的情况下，对所述正极材料表面的任意一点进行EDS点扫描测试磷含量，得到a
’
，对扫描电子显微镜的视野中任意选取的边长为100μm的四边形区域进行EDS面扫描测试磷含量，得到a。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述Li
b
Ni
x
Co
y
M
z
R
w
O2中的R包括Co、Mn、Al、Ti、Zr、Sr、Mg、Ca、Y、Ba、Cu、W、Nb、La、Ce、Mo及Sn中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，其满足以下条件a～k的至少一者：a.所述二次粒子呈球形或者类球形；b.所述一次粒子的平均粒径为200nm～1000nm，所述二次粒子的平均粒径为3μm～20μm；c.所述磷酸化合物包括Li3PO4及LiR
k
(PO4)
r
中的至少一种，0<k≤2，0<r≤2，R包括Co、Mn、Al、Ti、Zr、Sr、Mg、Ca、Y、Ba、Cu、W、Nb、La、Ce、Mo及Sn中的至少一种；d.所述第一包覆层的磷酸化合物的制备原料包括磷酸金属盐和锂化合物，所述第二包覆层的磷酸化合物的制备原料包括磷酸、偏磷酸、亚磷酸、偏亚磷酸、焦磷酸、次磷酸、可溶性磷酸盐、可溶性偏磷酸盐、可溶性亚磷酸盐、可溶性偏亚磷酸盐、可溶性焦磷酸盐和可溶性次磷酸盐中的至少一种；e.所述第一包覆层中的磷酸化合物的磷酸根含量为所述二次粒子的总质量的0.03wt％～0.3wt％；f.所述第二包覆层中的磷酸化合物的磷酸根含量为所述二次粒子和所述第一包覆层的总质量的0.1wt％～0.7wt％；g.所述第一包覆层或所述第二包覆层中的磷酸化合物的晶化磷酸根含量为磷酸根总质量的5wt％～50wt％；h.所述第一包覆层的厚度为0.005μm～0.05μm；i.所述第二包覆层的厚度为0.02μm～0.2μm；j.所述正极材料在4kN/cm2加压下的粉体电导率大于0.02S/cm；k.所述正极材料的比表面积为0.2m2/g～2.0m2/g。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
a
Co
b
M
c
O或Ni
a
Co
b
M
c
(OH)2、锂化合物以及磷酸金属盐混...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄友元，杨顺毅，宋雄，张弘旭，严武渭，罗亮，野村峻，守田昂辉，四宫拓也，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：