富锂镍系正极材料及其制备方法、正极片与二次电池技术

本申请提供了富锂镍系正极材料及其制备方法与电池，富锂镍系正极材料包括富锂材料以及掺杂于富锂材料中的高价阳离子N，富锂材料的结构通式为：Li

【技术实现步骤摘要】
富锂镍系正极材料及其制备方法、正极片与二次电池


[0001]本申请属于锂电池材料
，更具体地说，是涉及富锂镍系正极材料及其制备方法、正极片与二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种二次电池，具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、低污染等优点，已广泛应用于电动汽车、便携式电子设备和储能系统。随着新能源汽车行业的不断发展，对能源产品(锂离子电池)的要求也越来越高，尤其是产品的安全性、充放电比容量以及循环寿命。
[0003]正极材料是锂离子电池的关键组成部分，其中，富锂层状材料以其高比容量、低成本、热稳定性好等突出优势被认为是下一代高性能锂离子电池所需的关键材料。然而，当富锂正极材料充电电压达到4.5V以上时，晶格氧发生不可逆的释放，同时过渡金属会占据原来锂脱出留下的锂位点，导致充电过程中脱出的锂在放电过程中无法完全回嵌，因此富锂层状正极材料存在较大的不可逆容量损失，同时过渡金属的迁移和晶格氧的释放导致材料发生相变，由原来的层状结构转变为尖晶石相，材料的循环性能和倍率性能也发生衰减。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请提供一种富锂镍系正极材料及其制备方法、正极片与二次电池，以解决现有技术中存在的当富锂正极材料充电电压达到4.5V以上时，晶格氧发生不可逆的释放，同时过渡金属会占据原来锂脱出留下的锂位点，导致充电过程中脱出的锂在放电过程中无法完全回嵌，因此富锂层状正极材料存在较大的不可逆容量损失，同时过渡金属的迁移和晶格氧的释放导致材料发生相变，由原来的层状结构转变为尖晶石相，材料的循环性能和倍率性能也发生衰减的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：
[0006]第一方面，提供一种富锂镍系正极材料，包括富锂材料以及掺杂于富锂材料中的高价阳离子N，富锂材料的结构通式为：Li
1+x
Ni
y
M
z
O
s
，M为过渡金属，0＜x≤2，0≤y＜1，0＜z≤1，1≤s≤4；高价阳离子N为价态≥+3的金属离子。
[0007]可选地，过渡金属M包括Mn、Co、Fe、Cr中的至少一种；
[0008]和/或，高价阳离子N包括Al
3+
、Ce
3+
、Ce
4+
、Sn
4+
、Ti
4+
、Cr
3+
、Zr
4+
、Nb
5+
、W
5+
、V
5+
、Mo
6+
中的至少一种。
[0009]可选地，高价阳离子N包括金属离子N1和金属离子N2，金属离子N1和金属离子N2各自独立的为Al
3+
、Ce
3+
、Ce
4+
、Sn
4+
、Ti
4+
、Cr
3+
、Zr
4+
、Nb
5+
、W
5+
、V
5+
、Mo
6+
中的一种，金属离子N1和金属离子N2相异；富锂镍系正极材料的结构通式为：Li
1+x
Ni
a
M
b
N1
c
N2
d
O2，其中0.85≤a≤0.95，0≤b≤0.15，0≤c≤0.015，0≤d≤0.01。
[0010]可选地，M为Co，金属离子N1为Ti，金属离子N2为Al，富锂镍系正极材料的结构通式为：Li
1+x
Ni
a
Co
b
Ti
c
Al
d
O2。
[0011]可选地，富锂镍系正极材料的颗粒形貌为多面体结构；
[0012]和/或，富锂镍系正极材料为六方晶系，富锂镍系正极材料的晶胞包括a0、b0和c0三个棱长，其中，a0＝b0≠c0，三个棱长，其中，a0＝b0≠c0，富锂镍系正极材料的晶胞的I
(003)
/I
(104)
值范围为1.2
‑
1.5。
[0013]可选地，富锂镍系正极材料的外表面具有包裹层，包裹层包括聚阴离子型材料；
[0014]和/或，富锂镍系正极材料的外表面具有包裹层，包裹层包括聚阴离子型的金属磷酸盐。
[0015]第二方面，提供一种富锂镍系正极材料的制备方法，用于制备如上述的富锂镍系正极材料，制备方法包括以下步骤：
[0016]将镍盐、金属M盐、高价阳离子N盐进行混合，得到混合金属盐溶液A；
[0017]将络合剂、沉淀剂和混合金属盐溶液A混合，进行共沉淀反应，得到混合物B，混合物B包括富锂镍系正极材料的氢氧化物前驱体；
[0018]将混合物B经过离心分离、清洗及干燥处理，得到氢氧化物前驱体；
[0019]将锂源与氢氧化物前驱体混合，通过高温固相合成法进行反应，得到富锂镍系正极材料。
[0020]可选地，高价阳离子N盐包括高价阳离子N1盐和高价阳离子N2盐，镍盐、金属M盐、高价阳离子N1盐和高价阳离子N2盐中的镍、M、N1、N2的摩尔比为：a：b：c：d，0.9≤a≤0.95，0.5≤b≤0.1，0≤c≤0.01，0≤d≤0.01；
[0021]和/或，络合剂为氨溶液，沉淀剂为无机碱溶液。
[0022]第三方面，提供一种正极片，包括上述的富锂镍系正极材料或如上述制备方法得到的富锂镍系正极材料。
[0023]第四方面，提供一种二次电池，包括正极片、负极片和设置在正极片和负极片之间的隔膜，正极片为上述的正极片。
[0024]本申请的有益效果在于：
[0025]1、本申请提供的富锂镍系正极材料采用高价态阳离子N掺杂富锂材料，高价态阳离子N掺杂能增大富锂镍系正极材料的晶胞参数和I
(003)
/I
(104)
值，进而有效增大层状结构的层间距以及减少阳离子混排，利于抑制过渡金属离子向锂位点迁移，加速Li
+
的扩散与转移，缓解晶格氧的释放以及层状到尖晶石结构的转变，提高材料的倍率性能与稳定性能；与现有技术相比，本申请的富锂镍系正极材料相比富锂正极材料更稳定，循环性能和倍率性能得到明显提升；
[0026]2、本申请的聚阴离子型的金属磷酸盐包覆层能够有效地减少富锂镍系正极材料表面的碱性杂质，缓解了材料的匀浆工艺以及提高电池的循环寿命和安全性；
[0027]3、本申请提供的富锂镍系正极材料的制备方法通过共沉淀反应一步合成出元素均匀掺杂的氢氧化物前驱体，然后氢氧化物前驱体与锂源混合并经过高温固相合成法制备出高价态阳离子掺杂的富锂镍系正极材料，制备过程简易可控，利于工业化生产；
[0028]4、本申请提供的二次电池，其正极片包括本申请提供的富锂镍系正极材料，富锂镍系正极材料的晶胞参数和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富锂镍系正极材料，其特征在于：包括富锂镍系正极材料以及掺杂于所述富锂镍系正极材料中的高价阳离子N，所述富锂镍系正极材料的结构通式为：Li
1+x
Ni
y
M
z
O
s
，所述M为过渡金属，且0＜x≤2，0≤y＜1，0＜z≤1，1≤s≤4；所述高价阳离子N为价态≥+3的金属离子。2.如权利要求1所述的富锂镍系正极材料，其特征在于：所述过渡金属M包括Mn、Co、Fe、Cr中的至少一种；和/或，所述高价阳离子N包括Al
3+
、Ce
3+
、Ce
4+
、Sn
4+
、Ti
4+
、Cr
3+
、Zr
4+
、Nb
5+
、W
5+
、V
5+
、Mo
6+
中的至少一种。3.如权利要求2所述的富锂镍系正极材料，其特征在于：所述高价阳离子N包括金属离子N1和金属离子N2，所述金属离子N1和金属离子N2各自独立的为Al
3+
、Ce
3+
、Ce
4+
、Sn
4+
、Ti
4+
、Cr
3+
、Zr
4+
、Nb
5+
、W
5+
、V
5+
、Mo
6+
中的一种，所述金属离子N1和金属离子N2相异；所述富锂镍系正极材料的结构通式为：Li
1+x
Ni
a
M
b
N1
c
N2
d
O2，其中0.85≤a≤0.95，0≤b≤0.15，0≤c≤0.015，0≤d≤0.01。4.如权利要求3所述的富锂镍系正极材料，其特征在于：所述M为Co，所述金属离子N1为Ti，金属离子N2为Al，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鑫，陈心怡，裴现一男，万远鑫，孔令涌，
申请(专利权)人：成都德方创境新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：