正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池及用电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池、电池模块、电池包及用电装置，涉及电池领域。所述正极材料包括：层状的正极材料本体和包覆在所述层状的正极材料本体外的钝化层，所述钝化层包括自内向外依次叠设的尖晶石层和碳层。本申请实施例的技术方案中，在层状的正极材料本体正极材料表面进行缺陷构筑，构筑一层钝化层，钝化层包括耐高压的尖晶石层和最外部的碳层，对层状的正极材料本体形成保护，能够更好地防止电解液对正极材料的侵蚀，提高对高压的抵抗性，减少释氧和表面相变，缓解正极材料的表面的相变发生，最终延长正极材料的寿命，缓解直流阻抗的增长。缓解直流阻抗的增长。缓解直流阻抗的增长。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池及用电装置


[0001]本申请涉及电池领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池及用电装置。

技术介绍

[0002]正极材料是锂离子电池的重要组成部分，制备出安全性能高，比容量高，循环性能稳定的正极材料对于锂离子电池的发展应用有着重要影响。为了进一步提升能量密度和降低成本的需求，正极材料正在向高电压和低钴含量方向发展。但是提高使用电压加速了正极材料表面副反应和晶格氧脱出，而降低钴含量将会导致锂镍混排加剧，两者共同作用将会加剧高压低钴体系在循环和存储过程中阴极表面相变等问题，严重影响正极材料的寿命，无法满足电芯使用后期对能量密度和功率的需求。

技术实现思路

[0003]本申请的主要目的是提出一种正极材料及其制备方法、正极极片、二次电池及用电装置，旨在缓解正极材料表面的相变，提高正极材料的寿命。
[0004]第一方面，本申请提供了一种正极材料，包括：层状的正极材料本体和包覆在所述层状的正极材料本体外的钝化层，所述钝化层包括自内向外依次叠设的尖晶石层和碳层。
[0005]本申请实施例的技术方案中，在层状的正极材料本体正极材料表面进行缺陷构筑，构筑一层钝化层，钝化层包括耐高压的尖晶石层和最外部的碳层，对层状的正极材料本体形成保护，能够更好地防止电解液对正极材料的侵蚀，提高对高压的抵抗性，减少释氧和表面相变，缓解正极材料的表面的相变发生，最终延长正极材料的寿命，缓解直流阻抗的增长。
[0006]在一些实施例中，所述层状的正极材料本体的材质包括LiMO2或xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2，其中M为Mn、Co、Ni、Fe、Al、Nb、Ti、Zr、W、V、Ta、Mo、Sb和La中的至少一种，且0≤x≤1。
[0007]上述材质，具有比容量高、可高达3005Ah/g、成本低等优势，是高能量密度动力锂电池的理想选择。
[0008]在一些实施例中，所述正极材料中，碳含量为0.02wt.％～3.20wt.％。上述含量下，使得碳层厚度适中，能够更好地防止电解液对正极材料的侵蚀，提高对高压的抵抗性，减少释氧和表面相变，缓解正极材料的表面的相变发生，最终延长正极材料的寿命，缓解直流阻抗的增长。
[0009]第二方面，本申请提供了一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S10、将层状的正极材料本体和碳源混合后，得中间体；
[0011]S20、将所述中间体煅烧，得正极材料。
[0012]选用碳源与正极材料混合，保证正极材料颗粒得到完整包覆的效果，在煅烧之后形成更加完整致密的钝化层，具有更好的性能改善效果。
[0013]在一些实施例中，在步骤S10中，所述碳源包括长链有机酸。以长链有机酸作为碳
源，碳层形成的更加致密稳定。
[0014]在一些实施例中，所述长链有机酸包括硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸和花生四烯酸中的至少一种。实验表明，采用上述有机物作为碳源，使碳源能够完整包覆在正极材料颗粒表面，从而在煅烧之后形成更加完整致密的钝化层，也更易形成碳层。
[0015]在一些实施例中，在步骤S10中，所述层状的正极材料本体与所述碳源的质量之比为90:10～99:1。
[0016]混合时碳源比例太高，形成的钝化成太厚，将会导致初始动力学性能恶化；如果碳源的比例太少，形成的钝化膜就不够，无法有效保护正极材料表面。层状的正极材料本体与所述碳源的质量之比为90:10～99:1时，钝化层厚度适中。
[0017]在一些实施例中，在步骤S10中，所述层状的正极材料本体与所述碳源的质量之比为98:2～95:5。上述条件下，钝化膜厚度最好。
[0018]在一些实施例中，步骤S10包括：
[0019]将层状的正极材料本体和碳源混合，加入助磨剂，球磨混合后，烘干得中间体。
[0020]加助磨剂，能够增加球磨时碳源的流动性，帮助碳源和正极材料更好地混合，最终在层状的正极材料本体形成完整覆盖的有机酸聚合包覆层，从而在煅烧之后得到更加完整的钝化层。
[0021]在一些实施例中，所述球磨时间为3～7h；进一步地，所述球磨时间为3～5h；上述球磨时间下，可在层状的正极材料本体形成完整覆盖的有机酸聚合包覆层。
[0022]在一些实施例中，所述助磨剂包括酒精、丙酮、苯和乙醚中的至少一种；和/或，所述碳源和所述助磨剂的质量之比为95:5～99.5:0.5。
[0023]所述助磨剂包括酒精、丙酮、苯和乙醚中的至少一种，助磨效果更佳。
[0024]在一些实施例中，所述碳源和所述助磨剂的质量之比为99:1～97:3。上述配比下，能够最好地缓解正极材料表面的相变，提高正极材料的寿命。
[0025]在一些实施例中，在步骤S20中，所述煅烧是在空气气氛中煅烧；和/或，煅烧时，升温速率为5～15℃/5in；和/或，所述煅烧温度为400～700℃；和/或，所述煅烧时间为30～1205in。
[0026]煅烧条件的选择对钝化膜的形成非常关键，煅烧时间太长、温度太高会使有机物完全变成二氧化碳，无法保留最外面的碳层；而煅烧温度太低、时间过短有机物煅烧不完全，恶化界面性能。
[0027]在一些实施例中，所述煅烧条件为：空气气氛中，10～13℃/5in的升温速率，在500～600℃的温度下保温50～755in，自然冷却后得到表面钝化的正极材料。
[0028]第三方面，本申请提供了一种正极极片，包括上述实施例中的正极材料。
[0029]第四方面，本申请提供了一种二次电池，包括上述实施例中的正极极片。
[0030]第五方面，本申请提供了一种用电装置，包括上述实施例中的二次电池。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本专利技术的一些实施例，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相关的附图。
[0032]图1为本申请实施例1的中间体的扫描电镜图；
[0033]图2为本申请实施例1的正极材料的扫描电镜图；
[0034]图3为本申请实施例1和实施例13得到的正极材料分的XRD图；
[0035]图4为本申请实施例实施例1和实施例13得到的正极材料分的循环数据图。
[0036]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0038]需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制本文档来自技高网...

【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：层状的正极材料本体和包覆在所述层状的正极材料本体外的钝化层，所述钝化层包括自内向外依次叠设的尖晶石层和碳层。2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述层状的正极材料本体的材质包括LiMO2或xLi2MnO3·
(1
‑
x)LiMO2，其中M为Mn、Co、Ni、Fe、Al、Nb、Ti、Zr、W、V、Ta、Mo、Sb和La中的至少一种，且0≤x≤1。3.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中，碳含量为0.02wt.％～3.20wt.％。4.一种如权利要求1至3任意一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、将层状的正极材料本体和碳源混合后，得中间体；S20、将所述中间体煅烧，得正极材料。5.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S10中，所述碳源包括长链有机酸。6.如权利要求5所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述长链有机酸包括硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈酸和花生四烯酸中的至少一种。7.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S10中，所述层状的正极材料本体与所述碳源的质量之比为90:10～99:1。8.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S10中，所述层状的正极材料本体与所述碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：麻亚挺，
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：