一种正极材料及其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，公开了一种正极材料及其制备方法及应用。所述正极材料具有的结构式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种正极材料及其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来我国新能源汽车销量规模逐年增长，且增长速度较快。
[0003]锂离子电池具有体积小、质量轻、工作电压高、循环寿命长、自放电率低、环境友好等诸多优势，被广泛应用于新能源汽车等领域。新能源汽车巨大的市场带动了对动力锂离子电池的极大需求。
[0004]高安全、长续航、快充电是电动汽车的发展趋势。为了满足电动汽车的快充电及瞬间输出功率的要求，需要锂离子电池正极材料具有高的功率性能，正极材料与电解液充分接触能够提升功率特性，但快速充放电易导致材料结构恶化，需要通过对正极材料进行结构设计提升材料结构稳定性，以兼顾正极材料高功率和循环稳定性。
[0005]CN110931772A公开了一种高功率型的锂离子电池用正极材料的制备方法，所述正极材料为呈中空微球结构的二次颗粒，但该正极材料一次颗粒为细长条形，且材料表面疏松，材料结构强度较差，不利于极片制作及循环过程中材料的结构稳定性。
[0006]CN112242516B公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料内部疏松多孔且孔径贯穿表面，孔径分布随机，支撑结构较少，且支撑结构为细长条形一次颗粒，同样结构强度较差，不利于极片制作及循环过程中材料的结构稳定性。
[0007]为了得到高功率及结构稳定性强的正极材料，需要通过对材料结构的合理设计在保证材料高功率的同时兼顾材料的机械强度和电化学稳定性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的正极材料结构稳定性较差的缺陷问题，提供一种正极材料及其制备方法及应用，该正极材料具有较好的结构稳定性和循环保持率。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种镍钴锰酸锂正极材料，其中，所述正极材料具有式(1)所示的结构式：
[0010]Li
a
Ni
x
Mn
y
Co
z
Sr
b
O2，
ꢀꢀꢀ
式(1)；
[0011]其中，0.9≤a≤1.1，0.3≤x<1，0<y<0.5，0<z<0.5，0.0005<b<0.01；
[0012]并且，所述正极材料为内部具有孔结构的二次颗粒，所述孔结构的中空部分的直径≥400nm，所述孔结构的实体部分的厚度≥500nm。
[0013]本专利技术第二方面提供了一种正极材料的制备方法，其中，所述的制备方法包括：
[0014](1)将镍源、锰源、络合剂和沉淀剂混合进行共沉淀反应，得到浆料；再将所述浆料经陈化、压滤、洗涤、烘干后得到一次颗粒聚集形成的内部结构疏松，外部致密的镍锰二元前驱体；
[0015](2)将所述镍锰二元前驱体、钴源、锂源和锶源混合进行煅烧、破碎、过筛处理，得
到内部具有孔结构的正极材料。
[0016]本专利技术第三方面提供了一种由前述所述的制备方法制备得到的正极材料。
[0017]本专利技术第四方面提供了一种前述所述的正极材料在锂离子电池中的应用。
[0018]通过上述技术方案，本专利技术具有以下优势：
[0019](1)本专利技术提供的正极材料，内部具有空心结构，能够增大正极材料与电解液的接触面积，使锂离子具有更多的传导通道，从而具有较好的倍率性能。且正极材料由表面到内部Co浓度减小，Ni/Mn浓度增加，具有浓度梯度，有助于锂离子传导，从而进一步提升正极材料倍率性能。
[0020](2)本专利技术提供的正极材料，外壳致密，一次颗粒为长方体结构，一次颗粒间堆叠紧密，类似“砌砖”结构，较常见的一次颗粒细长结构堆叠的“草土坯”结构稳定。
[0021](3)本专利技术提供的正极材料合成方法简单，易实现，前驱体无Co，烧结加Co，能够通过烧结实现Co的体相掺杂、表面包覆并具有浓度梯度。常见的前驱体引入浓度梯度，如果浓度差异较小，由于Co的扩散作用，烧结容易导致Co梯度减小或消失；如果浓度差异较大，不同浓度最优烧结温度不同，烧结过程中易导致结构分层；且前驱体引入浓度梯度工艺较复杂，不易控制，通过煅烧阶段加Co引入浓度梯度可以简化生产工艺，提升生产效率。且煅烧阶段加Co，会有部分残留包覆在颗粒表面，并向内具有浓度梯度，能够稳定材料结构，防止电解液的侵蚀，提升材料的循环稳定性。
[0022](4)本专利技术提供的正极材料合成方法通过对升温过程的设计，及锶源的加入，控制材料结构。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1制备得到的正极材料的SEM图；
[0024]图2为对比例1制备得到的正极材料的SEM图；
[0025]图3为实施例1制备得到的正极材料的剖面SEM图；
[0026]图4为实施例1制备得到的正极材料二次颗粒的剖面SEM图；
[0027]图5为采用实施例1和对比例1制备得到的正极材料作为正极材料的扣式电池在1C/1C下的循环性能示意图。
具体实施方式
[0028]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0029]如前所述，本专利技术第一方面提供了一种正极材料，其中，所述正极材料具有式(1)所示的结构式：
[0030]Li
a
Ni
x
Mn
y
Co
z
Sr
b
O2，式(1)；
[0031]其中，0.9≤a≤1.1，0.3≤x<1，0<y<0.5，0<z<0.5，0.0005<b<0.01；
[0032]并且，所述正极材料为内部具有孔结构的二次颗粒，所述孔结构的中空部分的直径≥400nm，所述孔结构的实体部分的厚度≥500nm。
[0033]本专利技术的专利技术人发现：在制备正极材料过程中，通过控制前驱体疏松核生长阶段和致密壳生长阶段，并在烧结步骤加入锶源，能够促进晶粒生长，使得制备得到的正极材料，外壳致密，一次颗粒为长方体结构，一次颗粒间堆叠紧密，类似“砌砖”结构，结构稳定，能够对内部孔洞起到支撑作用，稳定内部的空心结构，提升压实强度，极片辊压过程不易塌陷；另外，前驱体无Co，烧结加Co，能够通过烧结实现Co的体相掺杂、表面包覆并具有浓度梯度；另外，烧结步骤设计为先快速升温，使表面快速锂化，前驱体内部疏松的结构向外扩散，从而得到内部空心；然后慢升温，使外壳部分充分反应。
[0034]根据本专利技术，优选情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料具有式(1)所示的结构式：Li
a
Ni
x
Mn
y
Co
z
Sr
b
O2，
ꢀꢀ
式(1)；其中，0.9≤a≤1.1，0.3≤x<1，0<y<0.5，0<z<0.5，0.0005<b<0.01；并且，所述正极材料为内部具有孔结构的二次颗粒，所述孔结构的中空部分的直径≥400nm，所述孔结构的实体部分的厚度≥500nm。2.根据权利要求1所述的正极材料，其中，所述二次颗粒由若干一次颗粒聚集得到，所述一次颗粒为长方体，且所述一次颗粒的长轴长度m与短轴长度n比为1≤m/n≤3；优选为1.2≤m/n≤2.6；和/或，所述一次颗粒的平均晶粒大小为400
‑
800nm；和/或，所述正极材料的表面富含Co，且所述正极材料的外表面的Co平均含量与内表面的Co平均含量浓度差值≥3％，优选为3
‑
10％。3.根据权利要求1所述的正极材料，其中1≤a≤1.07，0.4≤x<1，0.03<y<0.4，0.03<z<0.4，0.0005<b<0.008；优选地，0.0006<b<0.008；和/或，所述孔结构的中空部分的直径为400
‑
800nm，所述孔结构的实体部分的厚度为500
‑
900nm；优选地，所述孔结构的中空部分的直径为420
‑
700nm，所述孔结构的实体部分的厚度为580
‑
800nm。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的正极材料，其中，所述正极材料的D
50
为2
‑
5μm，优选为3
‑
4μm；和/或，所述正极材料的(S1‑
S0)/S0×
100％≤30％，优选为(S1‑
S0)/S0×
100％≤25％；其中，S0为压前的比表面积；S1为经3.5吨压力后的比表面积。5.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：(1)将镍源、锰源、络合剂和沉淀剂混合进行共沉淀反应，得到浆料；再将所述浆料经陈化、压滤、洗涤、烘干后得到一次颗粒聚集形成的内部结构疏松，外部致密的镍锰二元前驱体；(2)将所述镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵甜梦，宋顺林，刘亚飞，陈彦彬，赵翔宇，
申请(专利权)人：北京当升材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：