一种电池正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。所述电池正极材料包括基体以及包覆在所述基体表面的包覆层；所述基体的化学式为Li

Battery cathode material and its preparation method, lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种电池正极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池技术的飞速发展，其应用领域也不断扩大，从便携式的电子设备、小型家用储能设备到更大规模的电动汽车，锂离子电池已成为当下人们生活最活跃的因素之一。为了进一步加速锂离子电池在现代生活中的渗透度，提供一种更便宜、更安全、更耐用以及容量更高的锂离子电池具有重要意义。
[0003]正极材料作为锂离子电池的重要组成部分是当下研究的热点。而正极材料中的富镍材料凭借其突出的高能量密度脱颖而出。但是，随着镍含量的升高，也为其应用带来了一些弊端，其中，循环性能和热安全性能有待提高。对此，现有技术中往往采用对富镍材料进行包覆改性，以解决上述技术问题。
[0004]然而，由于常规的包覆温度低于富镍材料的烧结温度，或者为了进行多层包覆，现有技术中的包覆过程常常需要进行二次烧结或三次烧结，这不仅使得生产工艺复杂，而且会增大加工成本。
[0005]并且，现有技术中的富镍材料一次烧结过程残碱较高，直接使用会增加锂电池正极片加工的难度，所以通常需要进行水洗去除多余的残碱，而这样也会增加工艺的复杂程度。
[0006]此外，常规的包覆物质多为惰性物质，这不利于富镍材料的容量发挥。
[0007]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一目的在于提供一种电池正极材料，通过在基体表面包覆镍铁铝酸锂，在改善正极材料界面的离子/电子电导率的同时，还对正极材料表面进行了保护，使得正极材料的热稳定性能得到有效提升，并且，还有效降低了正极材料表面的残碱量。
[0009]本专利技术的第二目的在于提供所述的电池正极材料的制备方法，通过采用一次烧结同时完成了对富镍基体材料的掺杂和包覆，该制备方法具有操作简单、工艺流程短、制备成本低以及制得的电池正极材料的残碱含量低等优点。
[0010]本专利技术的第三目的在于提供一种锂离子电池。
[0011]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术提供了一种电池正极材料，所述电池正极材料包括基体以及包覆在所述基体表面的包覆层。
[0012]所述基体的化学式为Li
a
Ni
x
M
y
N
z
O2，其中，1≤a≤1.2，0.8≤x＜1，0＜y＜0.2，0＜z＜0.1，x+y+z=1；M包括Co和/或Mn，N包括Al、Zr、Sr、W、Mg、Na和Ti中的至少一种。
[0013]所述包覆层为镍铁铝酸锂。
[0014]本专利技术通过在基体表面包覆镍铁铝酸锂，在改善正极材料界面的离子/电子电导率的同时，还对正极材料表面进行了保护，使得正极材料的热稳定性能得到有效提升。并且，该包覆层还能够有效降低正极材料表面的残碱量。
[0015]其中，N作为掺杂元素，可以选择Al、Zr、Sr、W、Mg、Na和Ti中的一种，也可以选择任意多种的混合。
[0016]N作为掺杂元素除了起到稳定电池正极材料结构的作用，还起到了抑制包覆层向体相扩散的作用。
[0017]包覆层镍铁铝酸锂具备优异的电化学活性和热稳定性能，从而有利于提高电池正极材料的容量、循环性能和安全性能。
[0018]在本专利技术一些具体的实施例中，所述基体的化学式Li
a
Ni
x
M
y
N
z
O2中的a还可以选择1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.10、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18或1.19。
[0019]在本专利技术一些具体的实施例中，所述基体化学式Li
a
Ni
x
M
y
N
z
O2中的x还可以选择0.82、0.84、0.86、0.88、0.90、0.92、0.94、0.96或0.98。
[0020]在本专利技术一些具体的实施例中，所述基体化学式Li
a
Ni
x
M
y
N
z
O2中的y还可以选择0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18或0.19。
[0021]在本专利技术一些具体的实施例中，所述基体化学式Li
a
Ni
x
M
y
N
z
O2中的z还可以选择0.005、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085或0.09。
[0022]优选地，所述包覆层的厚度为5nm~30nm，包括但不限于6nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm、20nm、22nm、24nm、26nm、28nm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；更优选的包覆层的厚度为10nm~25nm。
[0023]优选地，所述包覆层的质量为所述基体的质量的0.1%~0.8%，包括但不限于0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；更优选为0.3%~0.6%。
[0024]优选地，所述基体为层状结构的基体。即，所述基体的晶体结构为层状结构。
[0025]采用晶体结构为层状结构的基体能够提升电池正极材料的能量密度。
[0026]优选地，所述包覆层为层状结构的包覆层。即，所述包覆层的晶体结构为层状结构。
[0027]采用层状结构的包覆层能够提升电池正极材料的能量密度。
[0028]优选地，所述电池正极材料的D50粒径为3μm~20μm，包括但不限于4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、16μm、18μm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；更优选为5μm~18μm。
[0029]在本专利技术一些具体的实施例中，所述电池正极材料的颗粒形状为球形或者类球形。
[0030]本专利技术还提供了如上所述的电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：向含有前驱体材料、锂源和掺杂剂的混合物料中加入第一包覆剂和第二包覆剂（即，先将前驱体材料、锂源和掺杂剂混合均匀，然后再向其中加入第一包覆剂和第二包覆
剂），混合后烧结，得到电池正极材料。
[0031]其中，所述前驱体材料的化学式为Ni
p
M
q
(OH)2；其中，0.8＜p＜1，0＜q＜0.2，p+q=1；M包括Co和/或Mn（M可以选择Co和Mn中的一种，也可同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池正极材料，其特征在于，所述电池正极材料包括基体以及包覆在所述基体表面的包覆层；所述基体的化学式为Li
a
Ni
x
M
y
N
z
O2，其中，1≤a≤1.2，0.8≤x＜1，0＜y＜0.2，0＜z＜0.1，x+y+z=1；M包括Co和/或Mn，N包括Al、Zr、Sr、W、Mg、Na和Ti中的至少一种；所述包覆层为镍铁铝酸锂。2.根据权利要求1所述的电池正极材料，其特征在于，包括以下特征（1）至（5）中的至少一种：（1）所述包覆层的厚度为5nm~30nm；（2）所述包覆层的质量为所述基体的质量的0.1%~0.8%；（3）所述基体为层状结构的基体；（4）所述包覆层为层状结构的包覆层；（5）所述电池正极材料的D50粒径为3μm~20μm。3.如权利要求1或2所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：向含有前驱体材料、锂源和掺杂剂的混合物料中加入第一包覆剂和第二包覆剂，混合后烧结，得到电池正极材料；其中，所述前驱体材料的化学式为Ni
p
M
q
(OH)2；其中，0.8＜p＜1，0＜q＜0.2，p+q=1；M包括Co和/或Mn；所述掺杂剂包括Al源、Zr源、Sr源、W源、Mg源、Na源和Ti源中的至少一种；所述第一包覆剂包括NiFe2O4；所述第二包覆剂包括含铝化合物。4.根据权利要求3所述的电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下特征（1）至（9）中的至少一种：（1）所述Al源包括Al2O3、Al(OH)3和AlOOH中的至少一种；（2）所述Zr源包括ZrO2和Li2ZrO3中的至少一种；（3）所述Sr源包括SrO、Sr(OH)2和SrO2中的至少一种；（4）所述W源包括WO3、Li2WO4和含W杂多酸中的至少一种；（5）所述Mg源包括MgO、Mg(OH)2和MgCO3中的至少一种；（6）所述Na源包括Na2CO3和NaHCO3中的至少一种；（7）所述Ti源包括TiO2、Ti(SO4)2和Ti(OH)4中的至少一种；（8）所述锂源包括Li2CO3、LiOH...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞欣，臧成杰，张永虎，张硕，郑春龙，
申请(专利权)人：天鹏锂能技术淮安有限公司，
类型：发明
国别省市：