一种具有包覆层的三元正极材料及其制备方法技术

本申请公开了一种具有包覆层的三元正极材料及其制备方法，用以在保证三元正极材料克容量的前提下，提升三元正极材料的稳定性。该三元正极材料包括：内层材料的分子式为：Li

【技术实现步骤摘要】
一种具有包覆层的三元正极材料及其制备方法


[0001]本申请涉及锂电池正极材料
，尤其涉及一种具有包覆层的三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着可持续发展理念的深化，以及电动车等新能源设备的发展，二次电池的性能有待于进一步提高。其中，较之钠电池等二次电池，锂电池因具备稳定性高，稳定性及循环性能佳，而最早投入使用，且发展最为成熟。
[0003]为进一步提高锂电池的能量密度，目前多见的一种方法是：提高锂电池正极材料(即三元正极材料)中镍的含量。然而，三元正极材料中镍含量升高后，相应锂电池能量密度得以提升的同时，往往伴随着锂电池稳定性下降的问题，即正极材料克容量降低。一方面，镍含量的升高，意味着三元正极材料中其它元素含量的降低，例如，钴、锰。而这些元素有着稳定三元正极材料晶相结构的作用。因此，当三元正极材料中用于稳定材料的物质含量降低时，三元正极材料稳定不可避免的出现下降。另一方面，三元正极材料中镍离子和锂离子尺寸相近，因而在锂电池充电、放电过程中，当锂离子脱出时，容易出现镍离子占据锂离子的晶格位置，以致出现离子错位(即锂镍混排)现象，进而导致三元正极材料的结构发生改变的情况出现。而当镍含量升高时，三元正极材料中难以避免的锂镍混排现象加剧，致使三元正极材料稳定性进一步下降。为解决高镍三元正极材料稳定性低的问题，现有技术使用包覆或掺杂等方式进行改善，尽管材料的稳定性得以提高，但均以牺牲正极材料比容量/能量密度为代价。因此，现有技术中缺乏一种稳定性良好的高镍三元正极材料，以满足实际使用中对于锂电池能量密度以及安全性(即稳定性)的需求。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种具有包覆层的三元正极材料及其制备方法，用以在保证三元正极材料克容量的前提下，提升三元正极材料的稳定性。
[0005]第一方面，本申请提供一种具有包覆层的三元正极材料，包括：
[0006]所述三元正极材料内层材料的分子式为：Li
q
Ni
x
Co
y
Mn
h
Al
g
A1‑
x
‑
y
O2，所述包覆层包括快离子导体和惰性氧化物；其中，A为掺杂元素，所述掺杂元素为W、B、F、P、Ti、V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、Nb、Mo、Sb、Ta、和Ge中的至少一种，0.96≤q≤1.1,0.6≤x≤1,0≤y≤0.4,0≤h≤0.4，0≤g≤0.4,1
‑
x
‑
y≥0，且h与g不同时为0。
[0007]本申请实施例所提供的三元正极材料中，由于内层材料镍含量较高，并且包覆层中的快离子导体为玻璃态，因而可通过连接三元正极材料中晶粒(即一次颗粒)，提高离子(以锂离子为主)导电率，进而保证了三元正极材料的克容量(至少为185mAh/g)。与此同时，由于包覆层包括快离子导体和惰性氧化物，一方面，玻璃态的快离子导体作为包覆层均匀地包覆内层材料的同时，可有效强化三元正极材料中晶粒(即一次颗粒)的连接，从而加固三元正极材料的稳定性。另一方面，快离子导体和惰性氧化物可使包覆层将活性物质(即内
层材料)与电解液隔绝，避免发生副反应降低三元正极材料的稳定性；进而缓解锰元素的溶出，并将溶出的微量锰元素包覆于包覆层内，避免锰元素的富集、游离破坏SEI膜和CEI膜，从而提升三元正极材料所在的锂电池的稳定性。
[0008]一种可能的实施方式，所述快离子导体为Li2WO4、LiBO2、Li3PO3、和Li2TiO2中的至少一种。
[0009]一种可能的实施方式，所述惰性氧化物为V2O5、Al2O3、CeO2、ZrO2、MgO、Y2O3、SrO、NbO、MoO3、Sb2O3、Ta2O5、和GeO2中的至少一种。
[0010]一种可能的实施方式，所述包覆层的平均厚度为5
‑
40纳米。
[0011]第二方面，本申请提供一种如第一方面及任一种可能的实施方式所述的具有包覆层的三元正极材料的制备方法，包括：
[0012]在260
‑
650℃条件下，对第一包覆剂、第二包覆剂和待包覆三元正极材料进行烧结处理，使所述第一包覆剂在所述待包覆三元正极材料的表层生成快离子导体，且所述第二包覆剂吸附于所述待包覆三元正极材料的表层，得到所述具有包覆层的三元正极材料。
[0013]一种可能的实施方式，所述第一包覆剂为H2WO4、WO3、HBO2、B2O3、HPO3、P2O5、H2TiO2和TiO2中的至少一种。
[0014]一种可能的实施方式，所述第二包覆剂为V2O5、H3VO4、Al2O3、Al(OH)3、CeO2、Ce(OH)4、ZrO2、Zr(OH)2、MgO、Mg(OH)2、Y2O3、Y(OH)3、SrO、NbO、MoO3、Sb2O3、Sr(OH)2、Ta2O5、和GeO2中的至少一种。
[0015]一种可能的实施方式，所述第一包覆剂的摩尔量为所述待包覆三元正极材料的摩尔量的2
‰‑
1％，所述第二包覆剂的摩尔量为所述待包覆三元正极材料的摩尔量的1
‰‑8‰
。
[0016]一种可能的实施方式，所述烧结处理中260
‑
650℃对应的保温时间为8
‑
14小时。
[0017]一种可能的实施方式，所述待包覆的正极材料为Li
q
Ni
x
Co
y
Mn
h
Al
g
A1‑
x
‑
y
O2；其中，A为掺杂元素，所述掺杂元素为Mn、Al、W、B、F、P、Ti、V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、Nb、Mo、Sb、Ta、和Ge中的至少一种，0.96≤q≤1.1，0.6≤x≤1,0≤y≤0.4，0≤h≤0.4，0≤g≤0.4,1
‑
x
‑
y≥0，且h与g不同时为0。
[0018]第三方面、本申请提供一种锂电池，包括：
[0019]如第一方面及任一种可能的实施方式所述的具有包覆层的三元正极材料。
附图说明
[0020]图1为本申请实施例所提供的合成实施例1中制得的三元正极材料的扫描电镜SEM图；
[0021]图2为本申请实施例所提供的合成实施例1中制得的三元正极材料的透射电镜TEM图；
[0022]图3为本申请实施例所提供的合成实施例2中制得的三元正极材料的扫描电镜SEM图；
[0023]图4为本申请实施例所提供的合成实施例2中制得的三元正极材料的透射电镜TEM图；
[0024]图5为本申请实施例所提供的合成对比例1中制得的三元正极材料的扫描电镜SEM
图；
[0025]图6为本申请实施例所提供的合成对比例2中制得的三元正极材料的扫描电镜SEM图；
[0026]图7为本申请实施例所提供的合成对比例3中制得的三元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有包覆层的三元正极材料，其特征在于，包括：所述三元正极材料内层材料的分子式为：Li
q
Ni
x
Co
y
Mn
h
Al
g
A1‑
x
‑
y
O2，所述包覆层包括快离子导体和惰性氧化物；其中，A为掺杂元素，所述掺杂元素为W、B、F、P、Ti、V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、Nb、Mo、Sb、Ta、和Ge中的至少一种，0.96≤q≤1.1,0.6≤x≤1,0≤y≤0.4,0≤h≤0.4，0≤g≤0.4,1
‑
x
‑
y≥0，且h与g不同时为0。2.如权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述快离子导体为Li2WO4、LiBO2、Li3PO3、和Li2TiO2中的至少一种。3.如权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述惰性氧化物为V2O5、Al2O3、CeO2、ZrO2、MgO、Y2O3、SrO、NbO、MoO3、Sb2O3、Ta2O5、和GeO2中的至少一种。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的三元正极材料，其特征在于，所述包覆层的平均厚度为5
‑
40纳米。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述具有包覆层的三元正极材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国征，于建，王尊志，戚洪亮，孟祥鹤，罗帅，杨文涛，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：