核壳结构前驱体及其制备方法和应用技术

本申请涉及一种壳核结构前驱体及其制备方法和应用，其壳核结构前驱体包括内核和外壳；内核为类球形，外壳包覆于内核的表面，外壳包括若干片状单体，其中，部分片状单体附着于所述内核的表面。该核壳结构前驱体由于外壳呈包覆形态，能够减小前驱体颗粒之间相互粘结，有利于制备单晶正极材料时降低其阻抗，同时可以使得到的单晶正极材料的颗粒尺寸较均匀，有利于发挥其容量和倍率性能。外壳以片状单体的形貌包覆于内核时，包覆层较薄且较均匀，有利于保护内核的主体材料。该前驱体在与锂源进行烧结时，与锂源的接触较充分，利于锂源向前驱体内渗透，从而得到结晶良好、形貌圆润的单晶正极材料。正极材料。正极材料。

【技术实现步骤摘要】
核壳结构前驱体及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及锂离子电池
，特别是涉及一种核壳结构前驱体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]单晶正极材料具有比表面积较小、结构稳定性较好、机械性能较好、安全性能较好、循环较稳定，抗裂性较好等优势，因此广泛应用于动力电池市场。但是单晶正极材料由于其颗粒尺寸较大，存在阻抗较高的问题，对电池的容量、倍率等性能具有一定的影响。目前通常采用形貌控制、掺杂、包覆改性等优化手段对单晶正极材料进行优化处理。传统的离散型岛状包覆前驱体材料，存在厚度不均匀，部分地方包覆过厚，部分地方未包覆的问题，从而导致制备的单晶正极材料的阻抗较高性能较差。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要提供一种核壳结构前驱体及其制备方法和应用，以获得包覆较均匀的前驱体，进而获得阻抗较低性能较好的单晶正极材料。
[0004]第一方面，本申请提供一种核壳结构前驱体，包括内核和外壳；所述内核为类球形，所述外壳包覆于所述内核的表面，所述外壳包括若干片状单体，其中，部分所述片状单体附着于所述内核的表面。
[0005]在一些实施例中，在所述片状单体的附着处，所述片状单体相切固定于所述内核的表面；和/或，所述片状单体的端部固定于所述内核的表面。
[0006]在一些实施例中，所述片状单体的层叠的层数为1～6层。
[0007]在一些实施例中，所述片状单体的厚度为10～80nm。
[0008]在其中一个实施例中，所述外壳的孔隙率大于所述内核的孔隙率。
[0009]在其中一个实施例中，以占所述核壳结构前驱体的质量百分数计，所述外壳的质量百分数为0.01％～3％。
[0010]在一些实施例中，所述内核包括板条状单体，所述板条状单体的厚度为90～210nm。
[0011]在一些实施例中，所述内核包括化学通式为(Ni
x
Co
y
Mn
z
)1‑
a
M
a
(OH)
b
的材料，其中0.50≤x≤1.0，0≤y≤0.30，0≤z≤0.30，x+y+z＝1，0.00001≤a≤0.30，b根据M的化合价态和a决定；M包括Mg、Al、Zr、Ti、Y、Sr、Nb、W和Mo中的一种或多种。
[0012]在一些实施例中，所述片状单体包括化学通式为L(OH)
c
O
d
的材料，其中c和d根据L的化合价态决定；L包括Ni、Co、Mn、Zn、Mg、Al、Zr、Ti、Y、Sr、Nb、W和Mo中的一种或多种。
[0013]在其中一个实施例中，所述核壳结构前驱体的粒度D50为2～5μm。
[0014]在其中一个实施例中，所述核壳结构前驱体的振实密度≥1.3g/cm3。
[0015]在其中一个实施例中，所述核壳结构前驱体的比表面积≥12m2/g。
[0016]第二方面，本申请还提供一种上述任一所述的核壳结构前驱体的制备方法，包括：
[0017]在类球形的内核表面形成外壳，所述外壳包括若干片状单体，其中，部分所述片状单体附着于所述内核的表面。
[0018]在一些实施例中，所述内核的制备方法包括：在保护气体氛围下，将混合盐、掺杂溶液、碱液和氨络合剂进行第一混合反应；所述混合盐包括Ni、Co、Mn中的一种或多种且至少含Ni，所述掺杂溶液包括Mg、Al、Zr、Ti、Y、Sr、Nb、W和Mo中的一种或多种。
[0019]在其中一个实施例中，所述第一混合反应的反应温度为50～70℃。
[0020]在其中一个实施例中，所述第一混合反应的pH值为10.5～12.5。
[0021]在其中一个实施例中，所述第一混合反应的氨浓度为1.0g/L～15.0g/L。
[0022]在一些实施例中，所述在类球形的内核表面形成外壳包括：在氧气氛围下，或氧气和保护气体的混合气体氛围下，将所述内核、碱液以及包覆液进行第二混合反应；所述包覆液包括Ni、Co、Mn、Zn、Mg、Al、Zr、Ti、Y、Sr、Nb、W和Mo中的一种或多种。
[0023]在其中一个实施例中，所述第二混合反应的反应温度为40～65℃。
[0024]在其中一个实施例中，所述第二混合反应的pH值为9～12。
[0025]在其中一个实施例中，所述第二混合反应的氨浓度为0.5g/L～6.0g/L。
[0026]第三方面，本申请还提供一种单晶正极材料，制备原料包括上述任一所述的核壳结构前驱体。
[0027]第四方面，本申请还提供一种正极极片，包括集流体和位于所述集流体至少一个表面之上的活性层，所述活性层包括上述的单晶正极材料。
[0028]第五方面，本申请还提供一种锂离子电池，包括上述的正极极片。
[0029]上述核壳结构前驱体包括内核和外壳，内核为类球形，外壳包覆于内核的表面，外壳包括若干片状单体且部分片状单体附着于内核的表面。该核壳结构前驱体由于外壳呈包覆形态，能够减小前驱体颗粒之间相互粘结，有利于制备单晶正极材料时降低其阻抗，同时可以使得到的单晶正极材料的颗粒尺寸较均匀，有利于发挥其容量和倍率性能。此外，外壳以独特形貌的片状单体包覆于内核时，包覆层较薄且较均匀，有利于保护内核的主体材料。该前驱体在与锂源进行烧结时，与锂源的接触较充分，利于锂源向前驱体内渗透，从而得到结晶良好、形貌圆润的单晶正极材料。同时能够在单晶正极材料的表层形成嵌入式包覆层，锂离子电导率较高，界面稳定性较高，进而获得阻抗较低性能较好的单晶正极材料。
[0030]上述核壳结构前驱体的制备方法，能够制备得到外壳的片状单体包覆于内核的核壳结构前驱体，包覆较均匀，进而获得阻抗较低性能较好的单晶正极材料。
附图说明
[0031]图1为本申请一实施例提供的核壳结构前驱体的三种不同的结构示意图，图1中(a)为片状单体相切固定于内核表面的附着处的结构示意图，图1中(b)为片状单体的端部固定于内核表面的附着处的结构示意图，图1中(c)为片状单体以两种方式混合固定于内核表面的附着处的结构示意图；
[0032]图2为本申请一实施例提供的核壳结构前驱体的制备方法的流程示意图；
[0033]图3为本申请又一实施例提供的核壳结构前驱体的制备方法的流程示意图；
[0034]图4为本申请实施例1提供的核壳结构前驱体的内核的扫描电镜图；
[0035]图5为本申请实施例1提供的核壳结构前驱体的一个内核的扫描电镜图；
[0036]图6为本申请实施例1提供的核壳结构前驱体的外壳包覆后的扫描电镜图；
[0037]图7为本申请实施例2提供的核壳结构前驱体的外壳包覆后的扫描电镜图；
[0038]图8为本申请实施例3提供的核壳结构前驱体的外壳包覆后的扫描电镜图。
具体实施方式
[0039]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构前驱体，其特征在于，包括内核和外壳；所述内核为类球形，所述外壳包覆于所述内核的表面，所述外壳包括若干片状单体，其中，部分所述片状单体附着于所述内核的表面。2.根据权利要求1所述的核壳结构前驱体，其特征在于，在所述片状单体的附着处，所述片状单体相切固定于所述内核的表面；和/或，所述片状单体的端部固定于所述内核的表面。3.根据权利要求1所述的核壳结构前驱体，其特征在于，所述片状单体满足如下特征中的至少一个：(1)所述片状单体的层叠的层数为1～6层；(2)所述片状单体的厚度为10～80nm。4.根据权利要求1所述的核壳结构前驱体，其特征在于，所述外壳满足如下特征中的至少一个：(1)所述外壳的孔隙率大于所述内核的孔隙率；(2)以占所述核壳结构前驱体的质量百分数计，所述外壳的质量百分数为0.01％～3％。5.根据权利要求1所述的核壳结构前驱体，其特征在于，所述内核包括板条状单体且由所述板条状单体聚集而成。6.根据权利要求5所述的核壳结构前驱体，其特征在于，所述板条状单体的厚度为90～210nm。7.根据权利要求1～6任一所述的核壳结构前驱体，其特征在于，所述内核包括化学通式为(Ni
x
Co
y
Mn
z
)1‑
a
M
a
(OH)
b
的材料，其中0.50≤x≤1.0，0≤y≤0.30，0≤z≤0.30，x+y+z＝1，0.00001≤a≤0.30，b根据M的化合价态和a决定；M包括Mg、Al、Zr、Ti、Y、Sr、Nb、W和Mo中的一种或多种。8.根据权利要求1～6任一所述的核壳结构前驱体，其特征在于，所述片状单体包括化学通式为L(OH)
c
O
d
的材料，其中c和d根据L的化合价态决定；L包括Ni、Co、Mn、Zn、Mg、Al、Zr、Ti、Y、Sr、Nb、W和Mo中的一种或多种。9.根据权利要求1～6任一所述的核壳结构前驱体，其特征在于，满足如下特征中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚强，闵盛焕，张斌，许艳婷，徐宁，
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：