正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池。所述正极材料包括基体以及至少覆设在基体表面的包覆层，基体的化学通式为式(Ⅰ)：Li

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术属于正极材料
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]环境污染和能源危机已经成为当今世界发展的两大难题，解决传统化石能源过度消耗及其引发的环境问题已迫在眉睫，新能源的开发利用越来越受到世界各国的高度重视。发展新能源电动汽车是提高我国汽车产业竞争力，保障能源安全和发展低碳经济的重要途径，电动汽车发展的关键在于动力电池的发展。然而新能源电动汽车还不被人们广泛接受，这主要是与传统燃油汽车相比，电动汽车在价格、续航里程以及安全性等方面还存在较大差距。锂离子动力电池作为电动汽车的核心部件和发展瓶颈，起着决定性作用。而正极材料是影响锂离子电池成本、能量密度和安全性的关键因素。钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的能量密度均低于180mAh/g，无法满足锂离子电池应用领域对能量密度日益增长的需求，高镍三元材料作为一种新型正极材料，其具有能量密度高、工作电压高及振实密度高的综合优势，已大量应用于3C和动力电池领域。
[0003]随着高镍三元材料中镍含量的不断提升，材料的高倍率性能和阻抗受到了极大的挑战，目前提升材料倍率性能和热稳定性的方法主要包括掺杂和包覆。常规的包覆改性处理的包覆材料为一元材料，而且在制备前驱体端的时候同步进行包覆，导致材料的内部基体与外部包覆层的镍含量相差较大，从而导致材料的容量较低，且可操作性行变差。
[0004]因此，需要开发一种工艺简单且兼顾高容量的正极材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，本申请的正极材料具有较高的容量和倍率性能。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，所述正极材料包括基体以及至少覆设在所述基体表面的包覆层，所述基体的化学通式为式(Ⅰ)所示：
[0007]Li
a
Ni
b
Co
c
N
d
M
2e
O2(Ⅰ)
[0008]式(Ⅰ)中，N包括Mn和/或Al，M2包括Zr、Sr、Co、Ba、Y、Ce、Al、Mg和La中的至少一种，0.95≤a≤1.08，0.3≤b≤1，0≤c≤0.7，0≤d≤0.5，0≤e≤0.1，b+c+d+e＝1，0＜x≤1；
[0009]所述包覆层的化学通式为式(Ⅱ)所示：
[0010]Li
g
M
1(2h
‑
g)/i
O
h
(Ⅱ)
[0011]式(Ⅱ)中，M1包括Mn、Ti、W、Mo和Nb中的至少一种，i为M1离子的化合价数值，且g、h、(2h
‑
g)/i均为整数；
[0012]在所述正极材料采用X射线衍射测量得到的衍射图谱中，所述正极材料具有
[0013](102)面的衍射峰2θ
102
、(006)面的衍射峰2θ
006
、(110)面的衍射峰2θ
110
和
[0014](108)面的衍射峰2θ
108
，所述2θ
102
、2θ
006
、2θ
110
和2θ
108
满足以下关系：
[0015]2θ
102
‑
2θ
006
≥0.25(Ⅲ)
[0016]2θ
110
‑
2θ
108
≥0.33(Ⅳ)。在一些实施方式中，所述基体的化学通式为式(
Ⅴ
)所示：
[0017]Li
a
Ni
b
Co
c
N
d
M
2e
M
3f
O2(
Ⅴ
)
[0018]式(
Ⅴ
)中，M3包括Mn、Ti、W、Mo、Nb、Zr、Co、Y、Ce、Al和La中的至少一种，0≤f≤0.1，b+c+d+e+f＝1；
[0019]所述包覆层的化学通式为式(
Ⅵ
)所示：
[0020]Li
g
M
1(2h
‑
g)/i
O
h
·
NiO
·
LiMn2O4(
Ⅵ
)。
[0021]在一些实施方式中，所述正极材料包括如下特征(1)～(10)中的至少一种：
[0022](1)所述正极材料包括一次粒子，所述一次粒子的中值粒径为2.0μm～6.0μm；
[0023](2)所述正极材料包括二次粒子，所述二次粒子包括多个一次粒子；
[0024](3)所述正极材料表层中的Ni
2+
的质量与所述正极材料中Ni
2+
和Ni
3+
的总质量的比值大于等于0.6，其中，所述正极材料的表层指的是所述正极材料表面向正极材料内部延伸0nm～20nm厚度的部分；
[0025](4)在所述正极材料的XRD图谱中，(003)面与(104)面之间的衍射峰强度比Ⅰ003
/Ⅰ104
≥1.3；
[0026](5)所述2θ
102
、2θ
006
、2θ
110
和2θ
108
还满足以下关系：
[0027](2I
102
‑
2I
006
)/(2I
110
‑
2I
108
)≥0.7(
Ⅶ
)；
[0028](6)将所述正极材料充电到4.3V时，所述正极材料的晶格参数变化率≤5％；
[0029](7)将所述正极材料充电到4.3V时，所述正极材料的晶胞体积变化率≤6％；
[0030](8)将所述正极材料充电到4.3V时，所述正极材料的颗粒强度≥200MPa；
[0031](9)所述Li
g
M
1(2h
‑
g)/i
O在所述正极材料中的质量占比为0％～1％(不包括0)；
[0032](10)所述NiO在所述正极材料中的质量占比为0％～10％。
[0033]第二方面，本申请实施例提供一种正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0034]将Ni
(1
‑
c
‑
d)
Co
c
N
d
(OH)2前驱体、锂盐、金属硼化物和助熔剂混合后进行分段式升温处理得到正极材料；所述金属硼化物中金属元素包括Mn、Ti、W、Mo和Nb中的至少一种，且所述金属硼化物可以与所述锂盐进行反应；所述助熔剂包括Zr、Sr、Co、Ba、Y、Ce、Al、Mg和La中的至少一种的氧化物、氢氧化物或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括基体以及覆设在所述基体至少部分表面的包覆层，所述基体的化学通式为式(Ⅰ)所示：Li
a
Ni
b
Co
c
N
d
M
2e
O2(Ⅰ)式(Ⅰ)中，N包括Mn和/或Al，M2包括Zr、Sr、Co、Ba、Y、Ce、Al、Mg和La中的至少一种，0.95≤a≤1.08，0.3≤b≤1，0≤c≤0.7，0≤d≤0.5，0≤e≤0.1，b+c+d+e＝1，0＜x≤1；所述包覆层的化学通式为式(Ⅱ)所示：Li
g
M
1(2h
‑
g)/i
O
h
(Ⅱ)式(Ⅱ)中，M1包括Mn、Ti、W、Mo和Nb中的至少一种，i为M1离子的化合价数值，且g、h、(2h
‑
g)/i均为整数；在所述正极材料采用X射线衍射测量得到的衍射图谱中，所述正极材料具有(102)面的衍射峰2θ
102
、(006)面的衍射峰2θ
006
、(110)面的衍射峰2θ
110
和(108)面的衍射峰2θ
108
，所述2θ
102
、2θ
006
、2θ
110
和2θ
108
满足以下关系：2θ
102
‑
2θ
006
≥0.25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅲ)2θ
110
‑
2θ
108
≥0.33(Ⅳ)。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述基体的化学通式为式(
Ⅴ
)所示：Li
a
Ni
b
Co
c
N
d
M
2e
M
3f
O2(
Ⅴ
)式(
Ⅴ
)中，M3包括Mn、Ti、W、Mo、Nb、Zr、Co、Y、Ce、Al和La中的至少一种，0≤f≤0.1，b+c+d+e+f＝1；所述包覆层的化学通式为式(
Ⅵ
)所示：Li
g
M
1(2h
‑
g)/i
O
h
·
NiO
·
LiMn2O4(
Ⅵ
)。3.根据权利要求1或2的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如下特征(1)～(10)中的至少一种：(1)所述正极材料包括一次粒子，所述一次粒子的中值粒径为2.0μm～6.0μm；(2)所述正极材料包括二次粒子，所述二次粒子包括多个一次粒子；(3)所述正极材料表层中的Ni
2+
的质量与所述正极材料中Ni
2+
和Ni
3+
的总质量的比值大于等于0.6，其中，所述正极材料的表层指的是所述正极材料表面向正极材料内部延伸0nm～20nm厚度的部分；(4)在所述正极材料的XRD图谱中，(003)面与(104)面之间的衍射峰强度比Ⅰ003
/Ⅰ104
≥1.3；(5)所述2θ
102
、2θ
006
、2θ
110
和2θ
108
还满足以下关系：(2I
102
ꢀ‑
2I
006
)/(2I
110
ꢀ‑
2I
108
)≥0.7
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
Ⅶ
)；(6)将所述正极材料充电到4.3V时，所述正极材料的晶格参数变化率≤5％；(7)将所述正极材料充电到4.3V时，所述正极材料的晶胞体积变化率≤6％；(8)将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，罗亮，郑玉，杨顺毅，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：