正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请涉及正极材料及其制备方法、锂离子电池，正极材料包括：基体材料，所述基体材料为锂过渡金属复合氧化物；位于所述基体材料表面的包覆层，所述包覆层包括掺杂金属离子的氧化钨WO3‑

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及正极材料
，尤其涉及正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]高镍正极材料具有成本低、能量密度高和倍率性能优越等优点，因此是极具发展潜力的高能量密度锂离子电池正极材料。研究发现，通过增加Ni含量能够提高高镍正极材料的能量密度,然而，Ni含量过高时会破坏正极材料的结构稳定性；且由于电解液在充放电过程中不断与正极材料表面发生副反应，也会导致材料的循环稳定性恶化。
[0003]目前，工业上主要通过干法包覆的工艺来对材料进行表面改性，从而改善正极材料的电化学性能和稳定性。目前正极材料的常规包覆层，电子导电性和离子导电性较差，会阻碍锂在脱嵌过程中的扩散，降低锂电倍率性能。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，该正极材料表面具有包覆层，能够改善包覆层的电子导电性和离子导电性，提升正极材料的倍率性能及安全性能。
[0005]第一方面，本申请一种正极材料，所述正极材料包括：
[0006]基体材料，所述基体材料为锂过渡金属复合氧化物；
[0007]位于所述基体材料表面的包覆层，所述包覆层包括掺杂金属离子的氧化钨WO3‑
a
；其中，0＜a＜0.5；
[0008]在所述包覆层中，所述金属离子的掺杂浓度自所述基体材料的表面至所述正极材料的表面逐渐降低。
[0009]在一些实施方式中，所述金属离子包括Mg、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn和V金属离子中的至少一种。
[0010]在一些实施方式中，所述金属离子包括Mg、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn和V金属离子中的两种。
[0011]在一些实施方式中，沿所述正极材料的内部至表面的方向，所述包覆层的最外侧区域与最内侧区域的金属离子的掺杂浓度差为10％～15％。
[0012]在一些实施方式中，沿所述正极材料的内部至表面的方向，所述包覆层的最外侧区域为W
18
O
49
。
[0013]在一些实施方式中，沿所述正极材料的内部至表面的方向，所述包覆层的最内侧区域的金属离子的掺杂浓度为15％
±
3％。
[0014]在一些实施方式中，所述氧化钨包括W
32
O
84
、W3O8、W
18
O
49
、W
17
O
47
、W5O
14
、W
20
O
58
和W
25
O
73
中的至少一种。
[0015]在一些实施方式中，所述氧化钨为W
18
O
49
。
[0016]在一些实施方式中，所述基体材料的化学通式为LiNi
x
Co
y
M
z
O2，其中，0.8≤x＜1，0
＜y≤0.12，0＜z≤0.08，x+y+z＝1，M元素包括Al、Mn、Ba、Ca、Mg、Sr、Zr、Ti、La、W、Nb、Y、Gd及Ta中的至少一种。
[0017]在一些实施方式中，所述基体材料的中值粒径为3μm～15μm。
[0018]在一些实施方式中，所述包覆层的厚度为5nm～300nm。
[0019]在一些实施方式中，以所述基体材料的质量为100％计，所述包覆层的质量含量为0.01％～0.5％。
[0020]在一些实施方式中，所述正极材料的中值粒径D
50
为2μm～20μm。
[0021]在一些实施方式中，所述正极材料的比表面积为0.3m2/g～3m2/g。
[0022]在一些实施方式中，所述正极材料的电导率为10
‑1S/cm
‑
102S/cm。
[0023]本申请还提供一种正极材料的制备方法，包括如下制备步骤：
[0024]利用掺杂金属离子的靶材对基体材料进行磁控溅射处理，得到正极材料；其中，所述靶材包括掺杂金属离子的氧化钨WO3‑
a
；其中，0＜a＜0.5，所述金属离子的掺杂浓度自所述靶材的表面至内部逐渐降低。
[0025]在一些实施方式中，所述基体材料的化学通式为LiNi
x
Co
y
M
z
O2，其中，0.8≤x＜1，0＜y≤0.12，0＜z≤0.08，x+y+z＝1，M元素包括Al、Mn、Ba、Ca、Mg、Sr、Zr、Ti、La、W、Nb、Y、Gd及Ta中的至少一种。
[0026]在一些实施方式中，所述基体材料的中值粒径为3μm～15μm。
[0027]在一些实施方式中，所述金属离子包括Mg、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn和V金属离子中的至少一种。
[0028]在一些实施方式中，所述金属离子包括Mg、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn和V金属离子中的两种。
[0029]在一些实施方式中，所述氧化钨包括W
32
O
84
、W3O8、W
18
O
49
、W
17
O
47
、W5O
14
、W
20
O
58
和W
25
O
73
中的至少一种。
[0030]在一些实施方式中，所述氧化钨为W
18
O
49
。
[0031]在一些实施方式中，沿所述靶材的内部至表面的方向，所述靶材的最外层与最内层的金属离子的掺杂浓度差为10％～15％。
[0032]在一些实施方式中，沿所述靶材的内部至表面的方向，所述靶材的最外层的金属离子的掺杂浓度为15％
±
5％。
[0033]在一些实施方式中，沿所述靶材的内部至表面的方向，所述靶材的最内层为氧化钨WO3‑
a
；其中，0＜a＜0.5。
[0034]在一些实施方式中，随所述靶材的深度每增加5nm～75nm，金属离子的掺杂浓度增加2.5％
±
0.5％。
[0035]在一些实施方式中，所述靶材由内至外具有多层结构，任意相邻两层之间的金属离子的掺杂浓度增加2.5％
±
0.5％。
[0036]在一些实施方式中，所述靶材由内至外包括四层，第一层的金属离子的掺杂浓度为0％，第二层的金属离子的掺杂浓度为2.5％
±
0.5％，第三层的金属离子的掺杂浓度为7.5％
±
0.5％，第四层的金属离子的掺杂浓度为10％
±
0.5％。
[0037]在一些实施方式中，所述磁控溅射处理时的环境真空度＜3.0
×
10
‑4Pa。
[003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：基体材料，所述基体材料为锂过渡金属复合氧化物；位于所述基体材料表面的包覆层，所述包覆层包括掺杂金属离子的氧化钨WO3‑
a
；其中，0＜a＜0.5；在所述包覆层中，所述金属离子的掺杂浓度自所述基体材料的表面至所述正极材料的表面逐渐降低。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如下特征(1)～(7)中的至少一种：(1)所述金属离子包括Mg、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn和V金属离子中的至少一种；(2)所述金属离子包括Mg、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Zn和V金属离子中的两种；(3)沿所述正极材料的内部至表面的方向，所述包覆层的最外侧区域与最内侧区域的金属离子的掺杂浓度差为10％～15％；(4)沿所述正极材料的内部至表面的方向，所述包覆层的最外侧区域为W
18
O
49
；(5)沿所述正极材料的内部至表面的方向，所述包覆层的最内侧区域的金属离子的掺杂浓度为15％
±
3％；(6)所述氧化钨包括W
32
O
84
、W3O8、W
18
O
49
、W
17
O
47
、W5O
14
、W
20
O
58
和W
25
O
73
中的至少一种；(7)所述氧化钨为W
18
O
49
。3.根据权利要求1～2任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如下特征(1)～(4)中的至少一种：(1)所述基体材料的化学通式为LiNi
x
Co
y
M
z
O2，其中，0.8≤x＜1，0＜y≤0.12，0＜z≤0.08，x+y+z＝1，M元素包括Al、Mn、Ba、Ca、Mg、Sr、Zr、Ti、La、W、Nb、Y、Gd及Ta中的至少一种；(2)所述基体材料的中值粒径为3μm～15μm；(3)所述包覆层的厚度为5nm～300nm；(4)以所述基体材料的质量为100％计，所述包覆层的质量含量为0.01％～0.5％。4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如下特征(1)～(3)中的至少一种：(1)所述正极材料的中值粒径D
50
为2μm～20μm；(2)所述正极材料的比表面积为0.3m2/g～3m2/g；(3)所述正极材料的电导率为10
‑1S/cm～102S/cm。5.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：利用掺杂金属离子的靶材对基体材料进行磁控溅射处理，得到正极材料；其中，所述靶材包括掺杂金属离子的氧化钨WO3‑
a
；其中，0＜a＜0.5，所述金属离子的掺杂浓度自所述靶材的表面至内部逐渐降低。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下特征(1)～(6)中的至少一种：(1)所述基体材料的化学通式为LiNi
x
Co
y
M
z
O2，其中，0.8≤x＜1，0＜y≤0.12，0＜z≤0.08，x+y+z＝1，M元素包括Al、Mn、Ba、Ca、Mg、Sr、Zr、Ti、La、W、Nb、Y、Gd及Ta中的至少一种；(2)所述基体材料的中值粒径为3μm～15μm；(3)所述金属离子包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢倩男，任付金，李昱慧，杨顺毅，
申请(专利权)人：常州市贝特瑞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：