一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用。所述多晶结构的超高镍正极材料同时满足：其比表面积为0.84～0.88m2/g；经过X射线衍射测试后，正极材料的003特征衍射峰的峰强与104特征衍射峰的峰强之比大于等于1.98，c轴晶格参数与a轴晶格参数之比≥4.9403；经过差式扫描量热分析测试后，DSC≥215℃；且正极中掺杂钨。本发明专利技术提供的正极材料，掺钨后结构稳定，同时调控材料中的比表面积、峰强比、晶格参数比以及DSC值，降低了正极材料中的锂镍混排比，进一步地提升了材料的结构稳定性，在保证超高镍正极材料较高容量的基础上，提升了其循环性能和热稳定性。提升了其循环性能和热稳定性。提升了其循环性能和热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池中正极材料
，涉及一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在当前的电动汽车中，锂离子电池的典型正极活性物质是层状镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂。这两种正极活性材料都来自于具有270mAh/g的高理论放电比容量的镍酸锂，但镍酸锂在脱锂过程中的多次相变导致结构坍塌从而降低其循环寿命，这种固有的结构不稳定性使得镍酸锂不适合于电动汽车。
[0003]镍钴铝酸锂正极材料是利用钴和铝取代镍酸锂中部分的镍，镍钴锰酸锂正极材料，是利用钴和锰取代镍酸锂中部分的镍，以抑制充放电过程中多步骤的相变并稳定结构。当镍含量较低时，镍钴铝酸锂和镍钴锰酸锂正极表现出良好的循环寿命和热稳定性。为了提高能量密度，需要提高镍含量，但当镍摩尔含量超过80％时，镍钴铝酸锂和镍钴锰酸锂因快速的容量衰减和大量不稳定的Ni4
+
生成，导致电池寿命逐渐降低并存在热安全性隐患。
[0004]CN109686938A公开了一种铝离子掺杂梯度镍钴锰铝酸锂正极材料及其制备方法，该方法是在共沉淀前驱体的过程中加入铝盐直接形成镍钴锰铝氢氧化物前驱体，然后再配锂两段式烧结制成铝离子掺杂梯度镍钴锰铝酸锂正极材料，虽然循环性能较普通梯度高镍三元正极材料有一定的提高，但倍率性能表现一般，需进一步完善。
[0005]CN109256543A公开了一种改性镍钴锰铝酸锂正极材料及其制备方法，将镍盐、钴盐、锰盐溶液加入到镍盐、钴盐、铝盐溶液种共沉淀制得的前驱体烧结得到改性镍钴锰铝酸锂正极材料前驱体，然后在反应釜中与石墨烯水热反应，制得到改性镍钴锰铝酸锂正极材料。该方法未明确指出包覆前正极材料的电化学性能，用石墨烯包覆改性后不能体现加入铝对材料的改善，并且水热反应条件要求较高，难以控制，合成工艺较为复杂。
[0006]上述文献得到的正极材料，均容易出现锂镍混排现象，导致电池的性能受到影响。
[0007]进一步地，超高镍三元材料LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2(0.95≤x≤1)在2.8～4.25V(vs.Li
+
/Li)稳定的电压窗口内可以贡献～220mAh/g的高比容量和较高的电压平台(3.8Vvs.Li
+
/Li)，并且具有低钴含量和环境友好等优势，成为颇有前景的下一代高比能锂离子电池正极材料。但是，超高镍层状正极材料的循环稳定性较差，这主要归因于随着镍含量的增加，锂镍混排更加严重，材料导电性变差，锂离子嵌入脱出不可逆性损失也愈加严重，进而加速了颗粒裂纹的产生和氧气的释放量，这也被认为是超高镍层状正极材料性能衰减的主要原因。
[0008]因此，如何在保证超高镍正极材料较高容量的同时，提升其他的电化学性能，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种多晶结构的超高镍正极材料及其制备方法和应用。本专利技术通过掺杂钨，细化了超高镍正极材料的一次颗粒，稳定了正极材料的结构，同时调控材
料中的比表面积、峰强比、晶格参数比以及DSC值，降低了正极材料中的锂镍混排比，进一步地提升了材料的结构稳定性，在保证超高镍正极材料较高容量的基础上，提升了其循环性能和热稳定性。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种多晶结构的超高镍正极材料，所述多晶结构的超高镍正极材料同时满足：
[0012]所述超高镍正极材料的比表面积为0.84～0.88m2/g；所述超高镍正极材料经过X射线衍射测试后，其003特征衍射峰的峰强与104特征衍射峰的峰强之比大于等于1.98，c轴晶格参数与a轴晶格参数之比≥4.9403；所述超高镍正极材料经过差式扫描量热分析测试后，DSC≥215℃；
[0013]其中，所述超高镍正极材料中掺杂钨。
[0014]例如，所述比表面积可以为0.84m2/g、0.845m2/g、0.85m2/g、0.855m2/g、0.86m2/g、0.865m2/g、0.87m2/g、0.875m2/g或0.88m2/g等；所述003特征衍射峰的峰强与104特征衍射峰的峰强之比可以为1.98、1.983、1.985、1.988、1.99、1.993、1.995、1.998或2等；所述c轴晶格参数与a轴晶格参数之比可以为4.9403、4.9405、4.9408、4.941、4.943、4.945、4.948或4.95等；所述DSC可以为215℃、216℃、217℃、218℃、219℃或220℃等。
[0015]本专利技术通过掺杂钨，细化了超高镍正极材料的一次颗粒，稳定了正极材料的结构，同时调控材料中的比表面积、峰强比、晶格参数比以及DSC值，降低了正极材料中的锂镍混排比，进一步地提升了材料的结构稳定性，在保证超高镍正极材料较高容量的基础上，提升了其循环性能和热稳定性。
[0016]本专利技术提供的超高镍正极材料为多晶结构，且要同时满足上述条件才可在保证超高镍正极材料较高容量的基础上，提升了其循环性能和热稳定性，即任一条件不满足均不能实现。
[0017]本专利技术中，比表面积越大有利于电解液与正极材料的充分接触有利于锂离子的移动，但过大会增大电解液与正极材料的副反应，从而增加产气以及影响电池的循环使用寿命，对于多晶一次颗粒越小比表面积越大，因此，本专利技术通过掺杂钨，细化了超高镍正极材料的一次颗粒，适当增大正极材料的比表面积从而使正极材料与电解液充分接触，有利于锂离子的转移提高正极材料的放电比容量，反之如果不掺钨，一次颗粒粗大，正极材料的比表面积较小，正极材料与电解液的接触面积较小，不利于锂离子的转移，降低正极材料的放电比容量；而003与104的峰强比越大，锂镍混排程度越低，结构越稳定，同时c与a之比越大，其层状结构越稳定，且c/a进一步地还影响了正极材料的DSC，掺W后W进入正极材料过渡金属层，因W电化学不活跃，在充放电过程中化合价不发生变化，从而稳定了正极材料结构，并抑制Ni
2+
进入Li的位置，从而降低了正极材料的锂镍混排程度也即提高了003/104峰强比，同时正极材料的层状结构也会越好，即c/a越大，该稳定的结构直接提高了正极材料的分解温度即提高了DSC温度，即本专利技术中，各种条件之间是相互影响的，并非是各自独立的对超高镍正极材料的性能进行作用。
[0018]优选地，所述多晶结构的超高镍正极材料为α
‑
NaFeO2型层状结构。
[0019]优选地，所述X射线衍射测试的测试条件为：管压40KV，管流200uA，Cu靶，扫描速度2d/min，扫描范围10～100
°
。
[0020]优选地，所述超高镍正极材料的化学通式为Li
x
Ni
m
Co
n
Al
b
W
d
O2，1.04≤x≤1.08本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多晶结构的超高镍正极材料，其特征在于，所述多晶结构的超高镍正极材料同时满足：所述超高镍正极材料的比表面积为0.84～0.88m2/g；所述超高镍正极材料经过X射线衍射测试后，其003特征衍射峰的峰强与104特征衍射峰的峰强之比大于等于1.98，c轴晶格参数与a轴晶格参数之比≥4.9403；所述超高镍正极材料经过差式扫描量热分析测试后，DSC≥215℃；其中，所述超高镍正极材料中掺杂钨。2.根据权利要求1所述的多晶结构的超高镍正极材料，其特征在于，所述多晶结构的超高镍正极材料为α
‑
NaFeO2型层状结构。3.根据权利要求1或2所述的多晶结构的超高镍正极材料，其特征在于，所述X射线衍射测试的测试条件为：管压40KV，管流200uA，Cu靶，扫描速度2d/min，扫描范围10～100
°
。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的多晶结构的超高镍正极材料，其特征在于，所述超高镍正极材料的化学通式为Li
x
Ni
m
Co
n
Al
b
W
d
O2，1.04≤x≤1.08、0.950≤m≤0.990、0.015≤n≤0.035、0.005≤b≤0.020，0.005≤d≤0.020，m+n+b+d＝1。5.根据权利要求4所述的多晶结构的超高镍正极材料，其特征在于，所述Li
x
Ni
m
Co
n
Al
b
W
d<...

【专利技术属性】
技术研发人员：白艳，张树涛，李子郯，王涛，杨红新，王壮，王亚州，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：