改性正极材料及其制备方法和应用技术

本申请提供一种改性正极材料及其制备方法，所述正极材料为含镍正极材料，镍元素在正极材料的化学表达式中的原子个数为x，0.6≤x≤1.0，其中，正极材料的表面包覆有氧化镧，正极材料中掺杂有镁元素。本申请还提供了应用该改性正极材料的正极极片、电化学装置和电子设备。本申请通过在正极材料中掺杂镁元素，在正极材料表面包覆氧化镧，使改性正极材料具有较高的结构稳定性，从而表现出较好的循环稳定性和倍率性能。和倍率性能。和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
改性正极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及正极材料
，尤其涉及一种改性正极材料、该改性正极材料的制备方法、包含该改性正极材料的正极极片、及应用该正极极片的电化学装置及电子设备。

技术介绍

[0002]作为新一代绿色储能器件，可充电锂离子电池因具有能量密度高、循环性能好和无记忆效应等特点被广泛应用于不同领域。随着新能源动力汽车及储能技术产业的快速发展，对开发更高能量密度、更长循环寿命及更高经济效益的锂离子电池提出了更高的要求。其中正极材料作为锂离子电池的关键材料之一，决定着电池的各项性能和成本。
[0003]镍钴锰酸锂(LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，NCM)是目前最具有商用价值的正极材料之一，但现有的NCM正极材料还存在比容量不够高，以及热稳定性和结构稳定性均较差等问题。

技术实现思路

[0004]鉴于此，为了解决以上缺陷中的至少之一，本申请实施例提供了一种比容量高、且在高温下具有较好的循环稳定性和优异的热稳定性的改性正极材料。
[0005]另，本申请实施例还提供了一种以上改性正极材料的制备方法、包含该改性正极材料的正极极片、及应用该正极极片的电化学装置及电子设备。
[0006]本申请实施例第一方面提供了一种改性正极材料，所述正极材料为含镍正极材料，镍元素在所述正极材料的化学表达式中的原子个数为x，0.6≤x≤1.0，其中，所述正极材料的表面包覆有氧化镧，所述正极材料中掺杂有镁元素。
[0007]通过在正极材料中掺杂镁元素，由于Mg
2+
的半径更接近Li
+
，所以比Ni
2+
更容易占据Li
+
的位置，而且镁不会参与到充放电反应中，只是起到了结构支撑的作用，这样就有效抑制了Li/Ni的混排，稳定了主体材料的结构，进而优化正极材料的层状结构，有效抑制高镍极材料在循环过程中由层状到岩盐相(H2
‑
H3)的有害相转变，因此，改性正极材料具有较高的结构稳定性，从而表现出较好的循环稳定性和倍率性能。另外，通过在正极材料中掺杂镁元素，还可以降低循环过程中主体材料内部应力不均的问题，以减少主体材料内部微裂纹的形成。
[0008]通过在正极材料的表面包覆氧化镧，减少了正极材料中的活性材料与电解液之间的界面副反应，降低界面生成钝化层的风险，进而确保离子传输的顺畅，以提高正极材料的比容量；同时，氧化镧可以自发生长在表面能相对较高的晶界和边缘处，可以作为“纳米焊点”将正极材料沿晶界和边缘处进行焊接，以缓解正极材料在循环过程中二次粒子沿晶界的晶间开裂问题。因此，本申请实施例的改性正极材料具有较高的结构稳定性，从而表现出较好的循环稳定性和倍率性能。
[0009]结合第一方面，在一些可能的实施例中，由所述正极材料靠近外表面的部分至所述正极材料的中心，所述镁元素的含量依次减小。
[0010]通过设计镁元素的含量由正极材料靠近外表面的部分向正极材料的中心依次减
小，使镁元素以非均匀的梯度状态进行分布，既可以确保镁元素对正极材料层状结构的优化，提高高镍正极材料结构的稳定，同时可以有效降低镁元素的掺杂量，提高正极材料的纯度，减小因镁元素的掺杂对正极材料的电化学性能的影响。
[0011]结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述正极材料和所述镁元素的摩尔为1：(0.005～0.01)。示例性的，镁元素的含量可以为1：0.005、1：0.006、1：0.007、1：0.008、1：0.009或1：0.01等。
[0012]镁元素的掺杂量过低，则不能起到很好的支撑作用，在优化正极材料层状结构方面作用较弱，而镁元素的掺杂量过高，过多的镁元素又会降低正极材料的纯度，影响离子传输，降低正极材料的比容量。因此，本申请实施例通过控制正极材料和镁元素的摩尔比在1：(0.005～0.01)的低含量范围内，便可以在实现提高高镍正极材料结构稳定性的前提下，还能提高正极材料的纯度，以减小因镁元素的掺杂对正极材料的电化学性能的影响。
[0013]结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述氧化镧中的镧元素与所述镁元素的摩尔比为1:2～3:1。
[0014]通过控制镧元素和镁元素的摩尔比在以上范围内，一方面是为了控制包覆后的正极材料具有优异的表面形貌，使得镧元素便于在正极材料的表面包覆，镁元素趋于掺杂至正极材料的体相；另一方面是为了方便控制镧元素和镁元素的投料比。
[0015]本申请实施例第二方面提供了一种改性正极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0016]将正极材料、镧盐溶液和镁盐溶液混合，得到悬浮液，其中，所述正极材料为含镍正极材料，镍元素在所述正极材料的化学表达式中的原子个数为x，0.6≤x≤1.0；
[0017]加热去除所述悬浮液中的溶剂，得到前驱体；
[0018]将所述前驱体进行烧结，得到所述改性正极材料。
[0019]本申请实施例的制备方法可直接通过将金属盐溶液(镧盐和镁盐)与正极材料反应并进行煅烧实现，镁元素的掺杂以及氧化镧的包覆同步进行，且镧元素和镁元素的投料比易于控制，制备方法简单高效，无需复杂的仪器设备，易于实现放大量产，且生产成本较低，具有极高的经济价值，且对正极材料的影响较小。
[0020]结合第二方面，在一些可能的实施例中，所述正极材料与所述镧盐溶液中的镧盐的摩尔比为1：(0.01～0.03)，示例性的，正极材料和镧盐的摩尔比可以为1:0.01、1:0.02或1:0.03等。
[0021]通过控制正极材料与镧盐的摩尔比例，可以控制包覆在正极材料表面的氧化镧的量，进而使包覆的氧化镧的量在合适的范围内，既有利于离子的传输，以使正极材料保持较高的比容量；同时还能有效抑制电极
‑
电解液的界面副反应，缓解正极材料表面的有害相转变，降低界面电荷转移电阻，进而提高正极材料的倍率性能、结构稳定性和循环稳定性。
[0022]结合第二方面，在一些可能的实施例中，所述镧盐溶液为镧盐和有机溶剂的混合液，在所述镧盐溶液中，镧盐与有机溶剂的质量比为(5～6)：15；所述镁盐溶液为镁盐和有机溶剂的混合液，在所述镁盐溶液中，镁盐和有机溶剂的质量比为(5～6)：15。
[0023]通过调整悬浮液中添加的有机溶剂(例如无水乙醇)的量，可以使正极材料充分浸没在溶剂内，进而使每个正极材料颗粒都能充分接触镧盐和镁盐。
[0024]结合第二方面，在一些可能的实施例中，所述镁盐溶液中的镁盐和所述镧盐溶液
中的镧盐的摩尔比为1：(0.5～2)，示例性的，镁盐和镧盐的摩尔比可以为1:0.5、1:1、1:1.5或1:2等。
[0025]通过调整镁盐和镧盐的摩尔比，可以使最终改性正极材料中镧元素与镁元素的摩尔比为1:2～3:1，且可控制改性正极材料具有优异的表面形貌，使得镧元素便于在正极材料的表面进行包覆，镁元素趋于掺杂至正极材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性正极材料，其特征在于，包括正极材料，所述正极材料为含镍正极材料，镍元素在所述正极材料的化学表达式中的原子个数为x，0.6≤x≤1.0，其中，所述正极材料的表面包覆有氧化镧，所述正极材料中掺杂有镁元素。2.根据权利要求1所述的改性正极材料，其特征在于，所述镁元素的含量由所述正极材料靠近外表面的部分至所述正极材料的中心依次减小。3.根据权利要求1或2所述的改性正极材料，其特征在于，所述正极材料和所述镁元素的摩尔比为1：(0.005～0.01)。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的改性正极材料，其特征在于，所述改性正极材料中的镧元素和所述镁元素的摩尔比为1:2～3:1。5.一种改性正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将正极材料、镧盐溶液和镁盐溶液混合，得到悬浮液，其中，所述正极材料为含镍正极材料，镍元素在所述正极材料的化学表达式中的原子个数为x，0.6≤x≤1.0；加热去除所述悬浮液中的溶剂，得到前驱体；将所述前驱体进行烧结，得到所述改性正极材料。6.根据权利要求5所述的改性正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料与所述镧盐溶液中的镧盐的摩尔比为1：(0.01～0.03)。7.根据权利要求5或6所述的改性正极材料的制备方法，其特征在于，所述镁盐溶液中的镁盐与所述镧盐溶液中的镧盐的摩尔比为1：(0.5～2)。8.根据权利要求5至7中任意一项所述的改性正极材料的制备方法，其特征在于，所述镧盐溶液为镧盐和有机溶剂的混合液，在所述镧盐溶液中，镧盐与有机溶剂的质量比为(5～6)：15。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈守潇，刘洋，贾英峰，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：