三元正极材料及制备方法、锂离子电池技术

本申请涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种三元正极材料及制备方法、锂离子电池。本申请的三元正极材料的制备方法包括如下步骤：将三元正极材料前驱体、锂盐和掺杂金属源进行混合处理，得到混合物料；其中，掺杂金属源选自掺杂金属的氧化物和/或氢氧化物，掺杂金属源含有至少两种掺杂金属，掺杂金属总量以掺杂在三元正极材料前驱体中后还有余量计；将混合物料进行烧结处理，得到三元正极材料。本申请提供的制备方法采用一步纯固相法同时实现三元正极材料的金属元素掺杂和包覆层制备，制备得到的三元正极材料具有很好的掺杂效果，可以显著提高循环稳定性，在锂离子电池中具有很好的应用前景。很好的应用前景。很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
三元正极材料及制备方法、锂离子电池


[0001]本申请属于锂离子电池材料
，尤其涉及一种三元正极材料及制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]高镍三元正极材料具有超高的比容量以及较高的工作电压和压实密度等优点，成为了高端锂离子动力电池的首选，以应用于长续航的新能源汽车上。但是高镍三元正极材料面临着循环稳定性和安全性较差两个行业痛点，阻碍了其进一步的推广，重要原因在于Ni
‑
O化学键键强较弱，导致其容易析氧和材料结构从α
‑
NaFeO2层状结构转变成无电化学活性的NiO岩盐结构，在充放电过程中体积各向异性变化产生的应力还会导致正极材料易粉碎化。另外，高镍三元正极材料在充电状态下，由于存在大量的强氧化性的Ni
4+
离子，容易与电解液发生强烈的副反应，影响循环稳定性。除此之外，一般的高镍三元前驱体表面都有残碱，残碱来源于烧结后的残余锂化合物。残碱会与空气中的水分、二氧化碳发生反应，不仅容易造成正极浆料凝胶“果冻”化，而且高水分也容易导致电池胀气，进而恶化循环稳定性和安全性。
[0003]目前，常规的解决方法是水洗法，但是水洗会破坏三元正极材料的表面化学结构，严重劣化循环寿命。因此，行业朝着“无水洗”方向发展，如纯包覆、单元素或多元素共掺杂、包覆结合掺杂等方式。包覆法是将其他的无机物或有机化合物利用干法或湿法进行包覆，包覆物对三元正极材料表面甚至晶界进行包裹以阻止电解液与三元正极材料之间的副反应；元素掺杂一般是利用湿法或固相烧结法，将元素掺杂入三元正极材料晶格中；但是，单独的元素掺杂或单独的包覆，不足以完全解决三元正极材料衰减与安全性的问题。
[0004]为了发挥协同效应，可以对三元正极材料同时进行包覆和元素掺杂，一般是先进行元素掺杂，然后再进行包覆，但是这种方法工序比较长，不仅造成成本高，产品品质不可控，而且非原位的包覆还会造成三元正极材料的电子电阻和离子传输电阻上升。有报道可以通过一步法同时进行元素掺杂兼包覆，但是一步法实现元素掺杂和包覆是通过在液相或半液相条件下进行，这样的工艺相对较复杂且成本较高，而且主要是表面掺杂，而非体相掺杂，效果有限。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种三元正极材料及制备方法、锂离子电池，旨在解决三元正极材料在包覆的同时，如何实现掺杂金属元素的体相掺杂、或降低表面碱性的技术问题。
[0006]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种三元正极材料的制备方法，包括：
[0008]将三元正极材料前驱体、锂盐和掺杂金属源进行混合处理，得到混合物料；其中，掺杂金属源选自掺杂金属的氧化物和/或氢氧化物，掺杂金属源含有至少两种掺杂金属，掺
杂金属总量以掺杂在三元正极材料前驱体中后还有余量计；
[0009]将混合物料进行烧结处理，得到三元正极材料。
[0010]在一实施例中，三元正极材料前驱体的通式为Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)
z
；其中，0.85≤x≤0.90，0≤y≤0.15，x+y≤1.0，1.8≤z≤2.2；
[0011]得到的三元正极材料中镍、钴、锰三元素的总摩尔量与掺杂金属元素的总摩尔量之比为n:m，且0＜1
‑
n＜m＜0.05。
[0012]在一实施例中，三元正极材料前驱体中镍、钴、锰三元素的总摩尔量与锂盐中的锂元素摩尔比为(1:1.01)～(1:1.05)。
[0013]在一实施例中，掺杂金属源中的掺杂金属选自铝元素、铌元素和钽元素中的至少两种。
[0014]在一实施例中，当掺杂金属包括铝元素时，铝元素对应的掺杂金属源选自氧化铝和氢氧化铝中的至少一种；
[0015]当掺杂金属包括铌元素时，铌元素对应的掺杂金属源选自氧化铌和氢氧化铌中的至少一种；
[0016]当掺杂金属包括钽元素时，钽元素对应的掺杂金属源选自氧化钽和氢氧化钽中的至少一种。
[0017]在一实施例中，锂盐选自氢氧化锂和碳酸锂中的至少一种。
[0018]在一实施例中，将混合物料进行烧结处理的步骤包括：将混合物料置于烧结炉中，先在490～600℃条件下保温3～5h，然后升温至700～800℃保温8～20h；和/或，
[0019]将三元正极材料前驱体、锂盐和掺杂金属源进行混合处理包括：将三元正极材料前驱体和锂盐、掺杂金属源进行机械混合。
[0020]在一实施例中，将混合物料置于烧结炉中，向烧结炉中通入氧气气氛后进行烧结；和/或，
[0021]升温至700～800℃的升温速率为2～5℃/min。
[0022]第二方面，本申请提供一种三元正极材料，由本申请的三元正极材料的制备方法制备得到。
[0023]第三方面，本申请提供一种锂离子电池，锂离子电池的正极使用了本申请的制备方法制备得到的三元正极材料。
[0024]本申请第一方面提供的三元正极材料的制备方法，采用一步纯固相法同时实现三元正极材料的金属元素掺杂和包覆层制备，具体地，将三元正极材料前驱体、锂盐和掺杂金属源(选自掺杂金属的氧化物和/或氢氧化物，含有至少两种掺杂金属，掺杂金属总量以掺杂在三元正极材料前驱体中后还有余量计)进行混合处理后烧结得到三元正极材料，该过程中无溶剂存在，可以将多种金属元素同时掺杂进三元正极材料前驱体本体以及表面，从而大大强化过渡金属离子与氧原子的结合力，以改善循环稳定性，另外多余的掺杂金属元素再与表面残余碱发生中和反应形成一层致密的包覆层，这样不仅可以将表面残余的锂盐转换以降低碱性，而且包覆层可以有效阻挡电解液与三元正极材料接触，以降低副反应。因此，本申请的制备方法得到的三元正极材料具有很好的掺杂效果，可以显著提高循环稳定性，在锂离子电池中具有很好的应用前景。
[0025]本申请第二方面提供的三元正极材料由本申请特有的三元正极材料的制备方法
制备得到，基于该制备方法可以一步纯固相地同时实现三元正极材料的金属元素掺杂和包覆层制备，因此本申请提供的三元正极材料具有很好的掺杂效果，可以显著提高循环稳定性，在锂离子电池中具有很好的应用前景。
[0026]本申请第三方面提供的锂离子电池的正极使用了本申请特有的三元正极材料的制备方法制备得到的三元正极材料，基于该制备方法可以一步纯固相地同时实现三元正极材料的金属元素掺杂和包覆层制备，因此本申请提供的锂离子电池中使用的三元正极材料具有很好的掺杂效果，这样的锂离子电池可以显著提高循环稳定性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1是本申请实施例1制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将三元正极材料前驱体、锂盐和掺杂金属源进行混合处理，得到混合物料；其中，所述掺杂金属源选自掺杂金属的氧化物和/或氢氧化物，所述掺杂金属源含有至少两种掺杂金属，所述掺杂金属总量以掺杂在三元正极材料前驱体中后还有余量计；将所述混合物料进行烧结处理，得到三元正极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三元正极材料前驱体的通式为Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
(OH)
z
；其中，0.85≤x≤0.90，0≤y≤0.15，x+y≤1.0，1.8≤z≤2.2；得到的所述三元正极材料中镍、钴、锰三元素的总摩尔量与所述掺杂金属元素的总摩尔量之比为n:m，且0＜1
‑
n＜m＜0.05。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述三元正极材料前驱体中镍、钴、锰三元素的总摩尔量与所述锂盐中的锂元素摩尔比为(1:1.01)～(1:1.05)。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂金属源中的掺杂金属选自铝元素、铌元素和钽元素中的至少两种。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当所述掺杂金属包括铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，余城锋，王利华，
申请(专利权)人：浙江华友钴业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：