正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和电子设备技术

本申请提供一种正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和电子设备，正极材料包括镍钴锰酸锂复合物的内核；和形成于内核的至少部分表面上的包覆结构，包覆结构包括在径向上从内核依次向外层叠设置的第一包覆层、第二包覆层、第三包覆层、第四包覆层和第五包覆层；第一包覆层中包含第一金属的氧化物，第二包覆层中包含镍钴锰酸锂，第三包覆层中包含第三金属的氧化物，第四包覆层中包含镍钴锰酸锂，第五包覆层中包含第五金属的氧化物、氟化物和磷酸盐中的至少一种，第一金属、第三金属和第五金属的种类相同或不同。本申请提供的正极材料可提升二次电池的高温和循环性能。升二次电池的高温和循环性能。升二次电池的高温和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和电子设备


[0001]本申请涉及电化学
，特别是涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和电子设备。

技术介绍

[0002]以锂离子电池为代表的二次电池具有工作电压高、能量密度高、安全性好和无记忆效应等优点，已在便携式电子设备、电动汽车和混合动力汽车等领域获得了巨大的成功。目前，在传统的二次电池中，镍钴锰酸锂三元材料是一种主要的正极材料，但镍钴锰酸锂三元材料在循环过程中的结构稳定性较差，由此易导致二次电池循环性能的降低，电动汽车续航里程下降，三元材料动力电池提前报废，严重限制了其在电动汽车中的发展和应用。

技术实现思路

[0003]基于此，本申请提供一种正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池和电子设备，旨在提升正极材料在循环过程中的结构稳定性，进而提升二次电池的循环性能。
[0004]本申请的第一个方面提供了一种正极材料，包括：
[0005]镍钴锰酸锂复合物的内核；和
[0006]形成于所述内核的至少部分表面上的包覆结构，其中，所述包覆结构包括在径向上从所述内核依次向外层叠设置的第一包覆层、第二包覆层、第三包覆层、第四包覆层和第五包覆层；
[0007]其中，所述第一包覆层中包含第一金属的氧化物，所述第二包覆层中包含第二掺杂金属镍钴锰酸锂，所述第三包覆层中包含第三金属的氧化物，所述第四包覆层中包含第三掺杂金属镍钴锰酸锂，所述第五包覆层中包含第五金属的氧化物、氟化物和磷酸盐中的至少一种，所述第一金属、第二掺杂金属所述第三金属第三掺杂金属和所述第五金属的种类相同或不同。
[0008]根据本申请第一方面的任一实施方式，所述正极材料满足如下条件中的至少一者：
[0009](1)所述正极材料的中值粒径D150为5μm～35μm；
[0010](2)所述镍钴锰酸锂复合物的内核的中值粒径D250为0.1μm～10μm；
[0011](3)所述第二包覆层中还包含第二掺杂金属，可选地，所述第二掺杂金属包括镁、铝、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；
[0012](4)所述第四包覆层中还包含第三掺杂金属，可选地，所述第三掺杂金属包括镁、铝、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；
[0013](5)所述第一包覆层的厚度为0.01μm～2μm；
[0014](6)所述第二包覆层的厚度为1μm～30μm；
[0015](7)所述第三包覆层的厚度为0.01μm～2μm；
[0016](8)所述第四包覆层的厚度为1μm～30μm；
[0017](9)所述第五包覆层的厚度为0.01μm～5μm。
[0018]根据本申请第一方面的任一实施方式，所述正极材料满足如下条件中的至少一者：
[0019](1)所述镍钴锰酸锂复合物中包含钠、钾、钙、镁、铝、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼元素中的一种或多种；
[0020](2)所述第一金属包括钙、铁、铜、铝、锆、镁、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；
[0021]第二掺杂金属(3)所述第三金属包括钙、铁、铜、铝、锆、镁、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；
[0022]第三掺杂金属(4)所述第五金属包括钠、钾、铜、银、镁、铝、钛、钒、锌、锗、钼、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、锆、钪、镓和钇中的一种或多种。
[0023]本申请的第二方面提供了一种用于制备正极材料的方法，包括：
[0024]提供镍钴锰复合物前驱体；
[0025]利用第一金属的离子对所述镍钴锰复合物前驱体做第一包覆处理，得到第一包覆物；
[0026]利用镍离子、钴离子、锰离子对所述第一包覆物做第二包覆处理，得到第二包覆物；
[0027]利用第三金属的离子对所述第二包覆物做第三包覆处理，得到第三包覆物；
[0028]利用镍离子、钴离子、锰离子对所述第三包覆物做第四包覆处理，得到第四包覆物；
[0029]对所述第四包覆物和锂源做混合煅烧处理，得到含包覆层的镍钴锰酸锂复合物；
[0030]利用含第五金属的包覆剂对所述含包覆层的镍钴锰酸锂复合物做第五包覆处理，其中，所述含第五金属的包覆剂包括所述第五金属的氧化物、氟化物和磷酸盐中的至少一种，得到正极材料，
[0031]其中，所述正极材料包括掺杂的镍钴锰酸锂复合物的内核和形成于所述内核的至少部分表面上的包覆结构，所述包覆结构包括在径向上从所述内核依次向外层叠设置的第一包覆层、第二包覆层、第三包覆层、第四包覆层和第五包覆层；
[0032]其中，所述第一包覆层中包含所述第一金属的氧化物，所述第二包覆层中包含镍钴锰酸锂，所述第三包覆层中包含所述第三金属的氧化物，所述第四包覆层中包含镍钴锰酸锂，所述第五包覆层中包含所述第五金属的氧化物、氟化物和磷酸盐中的至少一种，所述第一金属、第二掺杂金属所述第三金属和所述第五金属的种类相同或不同。
[0033]根据本申请第二方面的任一实施方式，所述提供掺杂的镍钴锰复合物前驱体，包括：
[0034]使镍离子、钴离子和锰离子在第一碱性环境中与第一掺杂金属的离子水溶液反应，形成所述镍钴锰复合物前驱体。
[0035]根据本申请第二方面的任一实施方式，所述方法满足如下条件中的至少一者：
[0036](1)所述镍离子、所述钴离子、所述锰离子和所述第一掺杂金属的离子是以盐的形式提供，可选的，所用的盐包括相应金属的硫酸盐、醋酸盐、氯化盐和硝酸盐中的至少一种；
[0037](2)所述第一碱性环境的pH值为10～14；
[0038](3)所述第一碱性环境中包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸铵和氨水的溶液中的至少一种；
[0039](4)所述使镍离子、钴离子和锰离子在第一碱性环境中与第一掺杂金属的离子水溶液反应的温度为30℃～80℃，时间为1h～10h；
[0040](5)所述镍离子、所述钴离子、所述锰离子和所述第一掺杂金属的离子的摩尔比为(0.3～1):(0.01～0.5):(0.1～0.5):(0.01～0.3)；
[0041](6)所述第一掺杂金属包括钠、钾、钙、镁、铝、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；
[0042](7)所述镍钴锰复合物前驱体的中值粒径为0.1μm～10μm。
[0043]根据本申请第二方面的任一实施方式，所述利用第一金属的离子对所述镍钴锰复合物前驱体做第一包覆处理包括：
[0044]使所述镍钴锰复合物前驱体在第二碱性环境中与所述第一金属的离子水溶液反应，在所述镍钴锰复合物前驱体的至少部分表面形成所述第一金属的氢氧化物包覆层，得到所述第一包覆物。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括：镍钴锰酸锂复合物的内核；和形成于所述内核的至少部分表面上的包覆结构，所述包覆结构包括在径向上从所述内核依次向外层叠设置的第一包覆层、第二包覆层、第三包覆层、第四包覆层和第五包覆层；其中，所述第一包覆层中包含第一金属的氧化物，所述第二包覆层中包含镍钴锰酸锂，所述第三包覆层中包含第三金属的氧化物，所述第四包覆层中包含镍钴锰酸锂，所述第五包覆层中包含第五金属的氧化物、氟化物和磷酸盐中的至少一种，所述第一金属、所述第三金属和所述第五金属的种类相同或不同。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料满足如下条件中的至少一者：(1)所述正极材料的中值粒径D150为5μm～35μm；(2)所述镍钴锰酸锂复合物的内核的中值粒径D250为0.1μm～10μm；(3)所述第二包覆层中还包含第二掺杂金属，可选地，所述第二掺杂金属包括镁、铝、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；(4)所述第四包覆层中还包含第三掺杂金属，可选地，所述第三掺杂金属包括镁、铝、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；(5)所述第一包覆层的厚度为0.01μm～2μm；(6)所述第二包覆层的厚度为1μm～30μm；(7)所述第三包覆层的厚度为0.01μm～2μm；(8)所述第四包覆层的厚度为1μm～30μm；(9)所述第五包覆层的厚度为0.01μm～5μm。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料满足如下条件中的至少一者：(1)所述镍钴锰酸锂复合物中包含镁、铝、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼元素中的一种或多种；(2)所述第一金属包括铁、铜、铝、锆、镁、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；(3)所述第三金属包括铁、铜、铝、锆、镁、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；(4)所述第五金属包括铜、银、镁、铝、钛、钒、锌、锗、钼、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、锆、钪、镓和钇中的一种或多种。4.一种制备正极材料的方法，其特征在于，包括：提供镍钴锰复合物前驱体；利用第一金属的离子对所述镍钴锰复合物前驱体做第一包覆处理，得到第一包覆物；利用镍离子、钴离子、锰离子对所述第一包覆物做第二包覆处理，得到第二包覆物；利用第三金属的离子对所述第二包覆物做第三包覆处理，得到第三包覆物；利用镍离子、钴离子、锰离子对所述第三包覆物做第四包覆处理，得到第四包覆物；对所述第四包覆物和锂源做混合煅烧处理，得到含包覆层的镍钴锰酸锂复合物；利用含第五金属的包覆剂对所述含包覆层的镍钴锰酸锂复合物做第五包覆处理，其
中，所述含第五金属的包覆剂包括所述第五金属的氧化物、氟化物和磷酸盐中的至少一种，得到正极材料，其中，所述正极材料包括镍钴锰酸锂复合物的内核和形成于所述内核的至少部分表面上的包覆结构，所述包覆结构包括在径向上从所述内核依次向外层叠设置的第一包覆层、第二包覆层、第三包覆层、第四包覆层和第五包覆层；其中，所述第一包覆层中包含所述第一金属的氧化物，所述第二包覆层中包含镍钴锰酸锂，所述第三包覆层中包含所述第三金属的氧化物，所述第四包覆层中包含镍钴锰酸锂，所述第五包覆层中包含所述第五金属的氧化物、氟化物和磷酸盐中的至少一种，所述第一金属、所述第三金属和所述第五金属的种类相同或不同。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述提供镍钴锰复合物前驱体，包括：使镍离子、钴离子和锰离子在第一碱性环境中与第一掺杂金属的离子在水溶液中反应，形成所述第一掺杂金属掺杂的镍钴锰氢氧化物前驱体。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法满足如下条件中的至少一者：(1)所述镍离子、所述钴离子、所述锰离子和所述第一掺杂金属的离子是以盐的形式提供，可选的，所用的盐包括相应金属的硫酸盐、醋酸盐、氯化盐和硝酸盐中的至少一种；(2)所述第一碱性环境的pH值为10～14；(3)所述第一碱性环境中包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸铵和氨水的溶液中的至少一种；(4)所述使镍离子、钴离子和锰离子在第一碱性环境中与第一掺杂金属的离子水溶液反应的温度为30℃～80℃，时间为1h～10h；(5)所述镍离子、所述钴离子、所述锰离子和所述第一掺杂金属的离子的摩尔比为(0.3～1):(0.01～0.5):(0.1～0.5):(0.01～0.3)；(6)所述第一掺杂金属包括镁、铝、铜、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；(7)所述镍钴锰复合物前驱体的中值粒径为0.1μm～10μm。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用第一金属的离子对所述镍钴锰复合物前驱体做第一包覆处理包括：使所述镍钴锰复合物前驱体在第二碱性环境中与所述第一金属的离子在水溶液反应，在所述镍钴锰复合物前驱体的至少部分表面形成所述第一金属的氢氧化物包覆层，得到所述第一包覆物。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法满足如下条件中的至少一者：(1)所述第一金属包括铁、铜、铝、锆、镁、铟、锑、铋、钡、钨、钯、锶、铈、铌、钪、镓、银、钒、锌、锗和钼中的一种或多种；(2)所述第一金属的离子是以盐的形式提供，可选的，所用的盐包括相应金属的硫酸盐、醋酸盐、氯化盐和硝酸盐中的至少一种；(3)所述第二碱性环境的pH值为10～14；(4)所述使所述镍钴锰复合物前驱体在第二碱性环境中与所述第一金属的离子水溶液反应的温度为20℃～40℃，时间为1h～5h；(5)所述第一金属的氢氧化物包覆层的厚度为0.01μm～2μm。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用镍离子、钴离子、锰离子对所述第一包覆物做第二包覆处理，包括：使所述第一包覆物在第三碱性环境中与第二掺杂金属的离子、镍离子、钴离子、锰离子水溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐士民，
申请(专利权)人：天津巴莫科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：