一种正极材料及其制备方法、二次电池、用电装置制造方法及图纸

本申请提供一种三元正极材料及其制备方法，该三元正极材料的化学式Li

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法、二次电池、用电装置


[0001]本申请涉及二次电池
，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法，包含该正极活性材料的二次电池和用电装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着锂离子电池的应用范围越来越广泛，锂离子电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于锂离子电池取得了极大的发展，因此对其容量和循环性能提出了更高的要求。
[0003]目前，三元正极活性材料因其高比容量、卓越的倍率性能及较好的安全性而被认为是最具前景的锂离子电池材料之一。然而，迄今为止，已经报道的三元正极材料还存在容量低、循环寿命差等问题，这严重制约了三元正极材料的发展。
[0004]因此，需要一种改性的三元正极材料，以提供兼具有更高容量和循环性能的二次电池。

技术实现思路

[0005]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，本申请提供一种三元正极材料，从而使得由其制备的锂离子二次电池具有改善的电池容量和循环性能。
[0006]为了达到上述目的，本申请的第一方面提供了一种三元正极材料，其化学式Li
x
Ni
(1
‑
a
‑
b
‑
d)
Co
a
Mn
b
M
c
Hf
d
O2，其中M包括Na或K，其中，0.97≤x≤1.05，0＜a≤0.1，0＜b≤0.1，0＜c≤0.05，0＜d≤0.05；可选地，0.8≤1
‑
a
‑
b
‑
d＜1，又可选地0.9≤1
‑
a
‑
b
‑
d＜1。
[0007]由此，本申请的三元正极材料中包含碱金属元素M(例如Na、K)和过渡金属Hf，这有利于改善三元正极材料结构的稳定性，减小材料的残碱量，从而使得由其制备的锂离子二次电池在具有高容量和良好的循环性能。
[0008]在任意实施方式中，本申请的三元正极材料化学式中x/c为115至1320，又可选为235至525；可选地，化学式中x、c、d满足1420≤[x(c+d)]/(cd)≤11005，又可选地为1655至4810，进一步可选地为2370至4017。由此优化元素Li、包括Na或K的元素M和元素Hf的量，进一步改善三元材料的结构稳定性，减少残碱量，从而进一步提高锂离子二次电池的容量和循环性能。
[0009]在任意实施方式中，在本申请的三元正极材料中，Hf的质量含量为445至1970ppm，可选470至1900ppm。由此，进一步减小材料的残碱量，提高锂离子二次电池的容量和循环性能。
[0010]在任意实施方式中，本申请三元正极材料的残碱量为0.01至0.20重量％，可选0.013至0.19重量％，又可选0.014至0.11重量％，基于三元正极材料的重量计。由此有效地降低残余的碱金属元素M的不利的影响，使电池的容量和性能达到最佳化。
[0011]在任意实施方式中，本申请的三元正极材料的体积分布平均粒径Dv50为2.0μm至
15μm，可选为2.8μm至12μm，又可选8μm至9μm；所述三元正极材料的体积分布径矩SPAN＝(Dv90
‑
Dv10)/Dv50为0.2至2.0，可选为0.4至1.6，又可选1.2至1.6。
[0012]在任意实施方式中，本申请的三元正极材料的比表面积为0.2m2/g至1.2m2/g，可选0.21m2/g至0.46m2/g。这不仅有利于三元正极材料的容量的充分发挥，而且可以降低由于该材料与电解液之间的接触而产生的不利影响。
[0013]本专利技术的第二方面提供了制备三元正极材料的方法，其包括以下步骤：
[0014]S1：提供三元正极材料的前驱体Ni
(1
‑
z
‑
y)
Co
z
Mn
y
(OH)2或Ni
(1
‑
z
‑
y)
Co
z
Mn
y
CO3，其中0.01≤z≤0.1，0.01≤y≤0.1，
[0015]S2：将所述三元正极材料的前驱体、锂源化合物和M源化合物混合，烧结得到掺杂M的三元正极材料中间体；
[0016]S3：将所述掺杂M的三元正极材料中间体与Hf源化合物混合，烧结得到所述三元正极材料。
[0017]由此，通过利用Hf源化合物与碱金属元素的反应，避免了为降低材料的残碱量而进行的水洗、干燥步骤，这有利于节约生产成本，同时也提供了本申请的三元正极材料。
[0018]在任意实施方式中，在本申请的制备三元正极材料的方法中，步骤S2中的锂源化合物与三元正极材料的前驱体的摩尔比为(0.97
‑
1.1):1，可选为(1
‑
1.05):1；M源化合物的用量基于锂源化合物与三元正极材料的前驱体的总质量计为200ppm至2000ppm，可选500ppm至1000ppm，其中锂源化合物的摩尔量按锂源化合物的锂元素计，M源化合物的用量按M源化合物的M元素计。由此，提供充足的碱金属元素M例如钠以替代三元材料晶界中的锂，使三元材料的结构更稳定，电池的循环性能得以增强。
[0019]在任意实施方式中，在本申请的制备三元正极材料的方法中，锂源化合物包括碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂中的至少一种；M源化合物包括Na2CO3、NaOH、Na2O、K2CO3、KOH、K2O中的至少一种；Hf源化合物包括HfO2、HfB2、Hf(OH)4中的至少一种；其中，所述Hf源化合物的用量为200ppm至2000ppm，可选500ppm至1500ppm；该用量按Hf源化合物的Hf元素相对于锂源化合物和三元正极材料的前驱体的总质量计。
[0020]由此，进一步改善三元材料结构的稳定性，降低材料的残碱量至最小程度，使电池具有高的容量和良好的循环性能。
[0021]在任意实施方式中，在本申请的制备三元正极材料的方法中，步骤S2的烧结温度为550℃至900℃，烧结时间为5至20h；步骤S3的烧结温度为400℃至820℃，烧结时间为5至20h；可选地，步骤S2与S3的烧结温度的差值的绝对值为40℃至130℃。
[0022]本申请的第三方面提供一种二次电池，其中，包括本申请第一方面所述的三元正极材料或包括使用本申请第二方面所述的方法制备的三元正极材料。
[0023]本申请的第四方面提供一种用电装置，其包括本申请第三方面所述的二次电池。
[0024]本申请使三元正极材料中包含碱金属元素M，例如Na、K；以及过渡金属Hf，改善了三元正极材料的结构的稳定性，降低了该材料的残碱量，从而使得由其制备的锂离子二次电池，以及包含其电池的用电装置在具有高容量的同时，还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料的化学式Li
x
Ni
(1
‑
a
‑
b
‑
d)
Co
a
Mn
b
M
c
Hf
d
O2，其中M包括Na或K，其中，0.97≤x≤1.05，0＜a≤0.1，0＜b≤0.1，0＜c≤0.05，0＜d≤0.05；可选地，0.8≤1
‑
a
‑
b
‑
d＜1，又可选地0.9≤1
‑
a
‑
b
‑
d＜1。2.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述化学式中x/c为115至1320，又可选为235至525；尤其是，所述化学式中x、c、d满足1420≤[x(c+d)]/(cd)≤11005，又可选地为1655至4810，进一步可选地为2370至4017。3.根据权利要求1或2所述的三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料中Hf的质量含量为445至1970ppm，可选470至1900ppm，基于三元正极材料的总质量计。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料的残碱量为0.01至0.20重量％，可选0.013至0.19重量％，又可选0.014至0.11重量％，基于三元正极材料的重量计。5.权利要求1
‑
4中任一项所述的三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料的体积分布平均粒径Dv50为2.0μm至15μm，可选为2.8μm至12μm，又可选8μm至9μm；所述三元正极材料的体积分布径矩SPAN＝(Dv90
‑
Dv10)/Dv50为0.2至2.0，可选为0.4至1.6，又可选1.2至1.6。6.权利要求1
‑
5中任一项所述的三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料的比表面积为0.2m2/g至1.2m2/g，可选0.21m2/g至0.46m2/g。7.一种制备权利要求1
‑
6中任一项所述的三元正极材料的方法，其包括以下步骤：S...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，桓书星，沈重亨，王帮润，陈强，吴奇，柳娜，
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：