一种正极活性材料及其制备方法技术

本申请涉及一种正极活性材料及其制备方法。本申请涉及一种正极活性材料，其特征在于，包括：内核，所述内核为NCM或LNCM，所述NCM具有如下通式：LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种正极活性材料及其制备方法


[0001]本申请涉及Fd3m结构包覆的NCM/LNCM及其制备方法。更具体来说，本申请涉及如下方面：一种具有芯体
‑
包覆结构的锂离子电池正极活性材料，一种锂离子电池，以及锂离子电池正极活性材料的制备方法。

技术介绍

[0002]能源资源的枯竭导致新能源存储设备的重大发展。新能源汽车如今也越来越受到关注。随着新能源汽车及储能业务发展，市场对电池的要求越来越高。在新能源汽车和储能业务中，锂离子电池是目前广泛使用的电池产品。锂离子电池(LIB)具有高的能量比、高的能量密度、低的自放电情况、高的工作电压、良好的循环稳定性以及环保特性。此外，锂离子电池还具有长的循环寿命和相比于其他电池更好的安全性，因而备受关注。
[0003]锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返移动。更具体来说，在充电池时，锂离子从正极离开，经过电解质到达负极，从而使得负极处于富锂状态。另一方面，放电时则是相反过程。对于锂离子电池的正极，层状Li[Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
]O2(0<x<1，0<y<1，0<1
‑
x
‑
y<1)作为LIB的正极活性材料已得到广泛研究。由于其低成本和高容量，它被认为是满足新能源汽车(例如：电动汽车(EV)和混合动力电动汽车)所要求的最有希望的正极活性材料之一。但是，由于三元材料本身固有的高电压下氧化性强，界面间与电解液副反应强，导致长循环DCR增长异常及循环性能衰减，为改善上述问题，包覆掺杂为主要的改善手段。
[0004]现有技术中，采用的包覆结构通常为多层结构，其中的包覆结构为双层结构，第一层为高电压尖晶石，另一层是固态电解质。现有技术的高电压尖晶石结构通常为有序结构。这种有序的尖晶石结构相对无序结构的尖晶石材料稳定性差，无法完全发挥包覆改善三元材料稳定性的优势。除此之外，现有技术采用溶胶凝胶方案，导致形成的包覆结构均匀性较差且仅能用于钴酸锂芯体。
[0005]因此，本领域迫切需要一种性能更好、均匀性更好的可用于不同锂离子电池正极的芯体的包覆结构。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本申请提供了一种表面设置有包覆层的正极活性材料，该包覆层为Fd3m高电压无序相尖晶石类型材料。这种Fd3m高电压无序相尖晶石类型材料能够改善锂离子电池的充放电循环保持率，改善DCR(直流内阻)。此外，这种Fd3m高电压无序相尖晶石类型材料相对于有序结构的类似材料具有更好的稳定性，实现更好的包覆性能。
[0007]更具体来说：
[0008]本申请的第一个方面涉及一种正极活性材料，其包括：内核，所述内核为NCM或LNCM，所述NCM具有如下通式：LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，式中，x+y+z＝1，所述LNCM具有如下通式：
Li
1.2
Ni
x
Co
y
Mn
z
O2，式中，x+y+z＝0.8，以及包覆层，所述包覆层具有如下通式：Li
a
Ni
0.5
Mn
1.5
O4，式中，0.5≤a≤1.5，其中，所述包覆层包覆于所述内核的表面。
[0009]通过本申请的包覆层结构，能够实现性能和均匀性更好的可用于不同锂离子电池正极的内核的包覆层结构。此外，通过本申请的内核
‑
包覆层结构，能够改善锂离子电池的充放电循环保持率，改善DCR(直流内阻)，具有更好的稳定性。
[0010]本申请的第二个方面涉及一种正极活性材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0011]1)提供正极活性材料的内核，所述内核为NCM或LNCM，所述NCM具有如下通式：LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，式中，x+y+z＝1，所述LNCM具有如下通式：Li
1.2
Ni
x
Co
y
Mn
z
O2，式中，x+y+z＝0.8；
[0012]2)将步骤1)中的内核，摩尔比为1:3镍盐和锰盐，铵盐，以及去离子水混合，超声搅拌至完全溶解；
[0013]3)将步骤2)得到的混合物溶液移至反应釜内进行水热反应，冷却后得到物料A；
[0014]4)将步骤3)得到的物料A在去离子水和醇类的溶液中洗涤并干燥得到内核
‑
包覆层前体结构，其中，干燥温度为80
‑
150℃，持续时间为1
‑
24小时；
[0015]5)向步骤4)得到的产物加入锂源然后烧结，得到具有内核
‑
包覆层结构的正极活性材料，其中，所述包覆层具有如下通式：Li
a
Ni
0.5
Mn
1.5
O4，式中，0.5≤a≤1.5，其中，所述包覆层包覆于所述内核的表面。
[0016]通过本申请的方法制备得到的包覆层结构具有更好的均匀性。此外，通过本申请的方法制备得到的具有内核
‑
包覆层结构的正极活性材料具有更好的稳定性，能够改善锂离子电池的充放电循环保持率，并且改善DCR(直流内阻)。
[0017]本申请的第三个方面涉及一种锂离子电池，其包含：正极极片、负极极片、隔膜和电解质，所述正极极片包含第一个方面所述的正极活性材料，或第二个方面所述的方法制备得到的正极活性材料。本申请的锂离子电池具有改善的充放电循环保持率和改善的DCR(直流内阻)。
[0018]本申请的第四个方面涉及一种二次电池，其包含正极极片、负极极片、隔膜和电解质，所述正极极片包含如第一个方面所述的正极活性材料，或者如第二个方面所述的方法制备得到的正极活性材料。本申请的二次电池具有改善的充放电循环保持率和改善的DCR(直流内阻)。
[0019]本申请的第五个方面涉及一种用电装置，其包含如第三个方面所述的锂离子电池或者如第四个方面所述的二次电池。本申请的用电装置具有改善的充放电循环保持率和改善的DCR(直流内阻)。
[0020]本申请的第六个方面涉及一种电池模块，其包含如第三个方面所述的锂离子电池或者如第四个方面所述的二次电池。本申请的电池模块具有改善的充放电循环保持率和改善的DCR(直流内阻)。
[0021]本申请的第七个方面涉及一种电池包，其包含如第三个方面所述的锂离子电池或者如第四个方面所述的二次电池。本申请的电池包具有改善的充放电循环保持率和改善的DCR(直流内阻)。
[0022]相关术语说明
[0023]Fd3m：一种结构空间群，常见结构为层状。代表性的例子包括橄榄石、尖晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，包括：内核，所述内核为NCM或LNCM，所述NCM具有如下通式：LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，式中，x+y+z＝1，所述LNCM具有如下通式：Li
1.2
Ni
x
Co
y
Mn
z
O2，式中，x+y+z＝0.8，以及包覆层，所述包覆层具有如下通式：Li
a
Ni
0.5
Mn
1.5
O4，式中，0.5≤a≤1.5，其中，所述包覆层包覆于所述内核的表面。2.如权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，0.8≤a≤1.2。3.如权利要求1
‑
2中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，a＝1。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为20nm至100nm。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为20nm至60nm。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为40nm。7.如权利要求1
‑
6中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，相对于所述正极活性物质的总重量，所述包覆层的重量比例为0.7％至3.3％。8.如权利要求1
‑
7中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，相对于所述正极活性材料的总重量，所述包覆层的重量比例为1.0％至2.0％。9.如权利要求1
‑
8中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，相对于所述正极活性材料的总重量，所述包覆层的重量比例为1.3％。10.如权利要求1
‑
9中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性物质的Dv50为1.0微米至4.5微米，可选2.0微米至3.5微米，进一步可选3.0微米。11.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提供正极活性材料的内核，所述内核为NCM或LNCM，所述NCM具有如下通式：LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，式中，x+y+z＝1，所述LNCM具有如下通式：Li
1.2
Ni
x
Co
y
Mn
z

【专利技术属性】
技术研发人员：赵子萌，卢晓康，来佑磊，高凯，喻鸿钢，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：