高镍低钴正极材料及其制备方法和应用技术

本申请提供的高镍低钴正极材料包括正极材料基体、第一包覆层和第二包覆层，第一包覆层包覆在正极材料基体的表面，第二包覆层包覆在第一包覆层的表面；第一包覆层包括化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
高镍低钴正极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及锂离子电池
，特别是涉及一种高镍低钴正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池在电动车及电动工具上的成熟应用，使当前动力电池的发展追求更高续航与更长寿命。目前，高镍低钴化以及中镍高压化成为锂离子电池正极材料的两大应用研究方向，高镍低钴正极材料因其低成本、高能量密度占据着明显的优势，但高镍低钴正极材料因过渡金属迁移、结构转变以及表面氧损失等原因造成电池长循环容量衰减迅速，这极大限制了锂离子动力电池高镍低钴化的进一步发展。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要提供一种高镍低钴正极材料及其制备方法和应用，以阻止电解液对正极材料基体的腐蚀，保护体相结构的完整性，有效抑制充放电循环过程中高镍低钴正极材料层状结构的分解和坍塌，从而提升高镍低钴正极材料的长循环性能。
[0004]本申请一实施方式提供一种高镍低钴正极材料，包括正极材料基体、第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层包覆在所述正极材料基体的表面，所述第二包覆层包覆在所述第一包覆层的表面；
[0005]所述第一包覆层包括化学式为Li
a
Ni
b
Co
c
M1‑
b
‑
c
O
d
的材料，其中，M包括Mn和Al中的一种或两种，0.2≤a≤1，0.88＜b≤0.98，0≤c＜0.06，b+c＜1，1.6≤d≤2；
[0006]所述第二包覆层的材料包括Li3PO4、Li2SO4和LiPO3中一种或多种。
[0007]在一些实施方式中，所述正极材料基体包括化学式为LiNi
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2的材料，其中，M包括Mn和Al中的一种或多种，0.88＜x≤0.98，0≤y＜0.06，x+y≤1。
[0008]在一些实施方式中，所述第一包覆层和所述第二包覆层的总质量：所述正极材料基体的质量为(0.0001～0.005)：1。
[0009]在一些实施方式中，所述第一包覆层的厚度为5nm～10nm。
[0010]在一些实施方式中，所述第一包覆层为尖晶石相。
[0011]在一些实施方式中，所述第二包覆层的厚度为2nm～5nm。
[0012]在一些实施方式中，所述第二包覆层为岩盐相。
[0013]本申请还提供了上述高镍低钴正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]提供所述正极材料基体；
[0015]将所述正极材料基体与硫磷化合物混合后进行第一焙烧处理，以在所述正极材料基体的表面形成所述第一包覆层和所述第二包覆层。
[0016]在一些实施方式中，以摩尔比计，所述硫磷化合物中的磷元素：所述正极材料基体为(0.001～0.01)：1；
[0017]可选地，所述硫磷化合物包括硫化磷和三硫化磷中的一种或多种。
[0018]在一些实施方式中，所述第一焙烧处理的工艺条件包括：第一焙烧温度260℃～600℃，第一焙烧时间4h～12h。
[0019]在一些实施方式中，所述正极材料基体的制备方法包括以下步骤：
[0020]S1.将锂源、金属化合物与正极材料基体前驱体混合，得到混合物；
[0021]S2.将所述混合物进行第二焙烧处理。
[0022]在一些实施方式中，所述正极材料基体前驱体包括化学式为Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
(OH)2的材料，其中，M包括Mn和Al中的一种或多种，0.88＜x≤0.98，0≤y＜0.06，x+y＜1。
[0023]在一些实施方式中，所述锂源包括氢氧化锂和碳酸锂中的一种或多种。
[0024]在一些实施方式中，所述金属化合物包括Mg、Ti、Zr、Y、Nb、W、Ce、Sb、Sr和Ta中的一种或多种的化合物。
[0025]在一些实施方式中，步骤S2中所述第二焙烧处理的温度为600℃～1000℃，所述第二焙烧处理的时间为4h～20h。
[0026]在一些实施方式中，以摩尔比计，步骤S1中所述锂源中的锂离子：所述金属化合物中的金属元素：所述正极材料基体前驱体为(1.00～1.08)：(0～0.02)：1。
[0027]本申请还提供了一种正极极片，包括上述高镍低钴正极材料或上述制备方法制得的高镍低钴正极材料。
[0028]本申请还提供了一种锂离子电池，包括上述正极极片。
[0029]本申请还提供了一种用电装置，包括上述锂离子电池。
[0030]与传统技术相比，高镍低钴正极材料及其制备方法和应用至少具有如下优点：
[0031](1)上述第一包覆层和第二包覆层可阻止充放电过程中高镍低钴正极材料(010)活性晶面的电化学分解行为，实现活性晶面的有效保护，同时能够阻止电解液的分解及其对正极材料基体的腐蚀，保护高镍低钴正极材料体相层状结构的完整性，有效防止体相结构分解，进而提升了锂离子电池的放电比容量、首次效率、循环寿命及倍率性能。
[0032](2)上述高镍低钴正极材料通过第一焙烧处理形成第一包覆层和第二包覆层，解决了传统高镍正极材料残余碱高、锂离子传输通道堵塞阻碍性能发挥的问题，省去了传统的水洗工艺流程，降低了生产成本，制备工艺也易于控制。
附图说明
[0033]图1为本申请实施例1制备的高镍低钴正极材料的SEM图；
[0034]图2为本申请实施例1制备的高镍低钴正极材料的TEM图；
[0035]图3为本申请实施例1制备的高镍低钴正极材料的XRD图；
[0036]图4为本申请实施例1与对比例1～3制备的高镍低钴正极材料的循环性能对比图。
具体实施方式
[0037]为了便于理解本申请，下面将对本申请进行更全面的描述。具体实施例中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
[0038]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本申请中术语“多种”的含义是至少两种，例如两种，三种等，除非另有明确具体的限定。
[0039]本申请中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
[0040]本申请一实施方式提供一种高镍低钴正极材料，包括正极材料基体、第一包覆层和第二包覆层，第一包覆层包覆在正极材料基体的表面，第二包覆层包覆在第一包覆层的表面；
[0041]第一包覆层包括化学式为Li
a
Ni
b
Co
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍低钴正极材料，其特征在于，包括正极材料基体、第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层包覆在所述正极材料基体的表面，所述第二包覆层包覆在所述第一包覆层的表面；所述第一包覆层包括化学式为Li
a
Ni
b
Co
c
M1‑
b
‑
c
O
d
的材料，其中，M包括Mn和Al中的一种或两种，0.2≤a≤1，0.88＜b≤0.98，0≤c＜0.06，b+c＜1，1.6≤d≤2；所述第二包覆层的材料包括Li3PO4、Li2SO4和LiPO3中一种或多种。2.根据权利要求1所述的高镍低钴正极材料，其特征在于，所述正极材料基体包括化学式为LiNi
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2的材料，其中，M包括Mn和Al中的一种或多种，0.88＜x≤0.98，0≤y＜0.06，x+y≤1。3.根据权利要求1或2所述的高镍低钴正极材料，其特征在于，具有以下特征(1)～(5)中至少一个：(1)所述第一包覆层和所述第二包覆层的总质量：所述正极材料基体的质量为(0.0001～0.005)：1；(2)所述第一包覆层的厚度为5nm～10nm；(3)所述第一包覆层为尖晶石相；(4)所述第二包覆层的厚度为2nm～5nm；(5)所述第二包覆层为岩盐相。4.如权利要求1～3任一项所述的高镍低钴正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供所述正极材料基体；将所述正极材料基体与硫磷化合物混合后进行第一焙烧处理，以在所述正极材料基体的表面形成所述第一包覆层和所述第二包覆层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，以摩尔比计，所述硫磷化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志宇，李红磊，吉长印，吕菲，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：