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及包覆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

【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]近年来，随着人们对新能源汽车的需求日益增加以及国内外新能源动力电池市场的蓬勃发展，消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高，具有高放电容量、良好循环寿命和低成本特点的层状LiNi1‑
x
‑
y
Co
x
MyO2三元正极材料应运而生。正极材料(Ni≥80％)，如LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2和LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2，因其具有较高的可逆比容量(＞200mAh/g)和较佳的循环稳定性，适合作为高比能量动力电池用正极材料。
[0003]尽管三元正极材料在能量密度方面相对于其他正极材料有较大的优势，但是循环性能、倍率性能较差的劣势，阻碍了其在动力电池领域的大规模应用。目前的研究认为材料的表层晶体结构不稳定是引起容量快速衰减的一个主要原因，而晶体缺陷则是造成晶体结构不稳定的一个重要诱因。一方面，目前三元材料多采用共沉淀法制备，共沉淀合成前驱体过程中的剧烈搅拌导致一次粒子无序分布，在后续烧结过程中会留下大量的晶体缺陷(尤其在颗粒表层)，包括晶界与微孔等。另一方面，三元正极材料颗粒内部的Ni元素主要以+3形式存在，而在表层则以Ni
2+
为主。较多的Ni
2+<br/>会在材料表层结构中造成大量晶体缺陷，包括严重的阳离子混排、NiO非活性杂相以及尖晶石相等。晶体缺陷不仅阻碍了锂离子快速脱嵌，也会增大电池的极化，降低电化学活性。
[0004]因此，为了提升三元材料在动力电池中广泛运用，现在急需一种提升循环性能和倍率性能的正极材料。

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，该正极材料的表层晶体结构稳定，使得正极材料具有优良的容量、循环性能和倍率性能。
[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及包覆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：
[0007]Li
a
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅰ)
[0008]式(Ⅰ)中，M包括Mn和Al中的至少一种，0.95≤a﹤1.05，0.8≤x﹤0.95，0.05≤y≤0.2；
[0009]所述包覆层的材质包括氧化物，所述氧化物中的金属元素包括W、Al、Co、Zr、Y和Ti中的至少一种；
[0010]在所述正极材料的XRD图谱中，(001)面与(101)面之间的衍射峰强度比Ⅰ001
/Ⅰ101
≤1.10；(003)面与(104)面之间的衍射峰强度比Ⅰ003
/Ⅰ104
≥1.70；
[0011]所述正极材料的成核率k≥90％，其中：
[0012][0013]式(II)中，H
β(300)
为所述正极材料在XRD图谱中的β晶(300)晶面的特征衍射峰强度，H
α(110)
，H
α(040)
和H
α(130)
分别对应所述正极材料在XRD图谱中的α晶(110)、(040)及(130)晶面的特征衍射峰强度。
[0014]在一些实施方式中，所述材料包括如下征(1)～(3)中的至少一种：
[0015](1)所述氧化物包括WO3、WO2、Al2O3、CoO、Co2O4、B2O3、ZrO2、Y2O3和TiO2中的至少一种；
[0016](2)所述包覆层的厚度为4nm～11nm；
[0017](3)所述正极材料表层中的Ni
3+
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0.9，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。
[0018]在一些实施方式中，所述正极材料包括如下特征(1)～(5)中的至少一种：
[0019](1)所述正极材料的中值粒径为3.5μm～4.5μm；
[0020](2)所述正极材料的比表面积为0.4m2/g～0.8m2/g；
[0021](3)所述正极材料的水分含量小于等于300ppm；
[0022](4)所述正极材料中Li2CO3的质量含量小于等于0.3％；
[0023](5)所述正极材料中LiOH的质量含量小于等于0.4％。
[0024]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：
[0025]将含有锂源、镍源、钴源、金属源、多金属氧酸盐和β成核剂的混合料后进行热处理，得到正极材料，其中，所述金属源包括锰源和铝源中的至少一种，所述多金属氧酸盐包括Na5CoW
12
O
40
、Na5BW
12
O
40
、Na5AlW
12
O
40
、Na5TiW
12
O
40
、Na5YW
12
O
40
和Na5ZrW
12
O
40
中的至少一种。
[0026]在一些实施方式中，所述方法包括如下特征(1)～(12)中的至少一种：
[0027](1)所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂、草酸锂、硫酸锂、氯化锂和硝酸锂中的至少一种；
[0028](2)所述锂源的中值粒径为3μm～5μm；
[0029](3)所述镍源包括酸镍、乙酸镍、草酸镍、硝酸镍、氯化镍和硝酸镍中的至少一种；
[0030](4)所述镍源的中值粒径为3μm～5μm；
[0031](5)所述钴源包括碳酸钴、乙酸钴、草酸钴、硫酸钴、氯化钴和硝酸钴中的至少一种；
[0032](6)所述钴源的中值粒径为3μm～5μm；
[0033](7)所述锰源包括碳酸锰、乙酸锰、草酸锰、硫酸锰、氯化锰和硝酸锰中的至少一种；
[0034](8)所述锰源的中值粒径为3μm～5μm；
[0035](9)所述铝源包括碳酸铝、乙酸铝、草酸铝、硫酸铝、氯化铝和硝酸铝中的至少一种；
[0036](10)所述铝源的中值粒径为3μm～5μm；
[0037](11)所述锂源、镍源、钴源和金属源按照下述化学通式所示的的计量比添加：Li
a
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2，其中，M为金属源，0.95≤a﹤1.05，0.8≤x﹤0.95，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及包覆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
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
O2ꢀꢀꢀꢀ
(Ⅰ)式(Ⅰ)中，M包括Mn和Al中的至少一种，0.95≤a﹤1.05，0.8≤x﹤0.95，0.05≤y≤0.2；所述包覆层的材质包括金属氧化物，所述金属氧化物中的金属元素包括W、Al、Co、Zr、Y和Ti中的至少一种；在所述正极材料的XRD图谱中，(001)面与(101)面之间的衍射峰强度比Ⅰ001
/Ⅰ101
≤1.10；(003)面与(104)面之间的衍射峰强度比Ⅰ003
/Ⅰ104
≥1.70；所述正极材料的成核率k≥90％，其中：式(II)中，H
β(300)
为所述正极材料在XRD图谱中的β晶(300)晶面的特征衍射峰强度，H
α(110)
，H
α(040)
和H
α(130)
分别对应所述正极材料在XRD图谱中的α晶(110)、(040)及(130)晶面的特征衍射峰强度。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述材料包括如下特征(1)～(3)中的至少一种：(1)所述金属氧化物包括WO3、WO2、Al2O3、CoO、Co2O4、B2O3、ZrO2、Y2O3和TiO2中的至少一种；(2)所述包覆层的厚度为4nm～11nm；(3)所述正极材料表层中的Ni
3+
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0.9，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。3.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)～(5)中的至少一种：(1)所述正极材料的中值粒径为3.5μm～4.5μm；(2)所述正极材料的比表面积为0.4m2/g～0.8m2/g；(3)所述正极材料的水分含量小于等于300ppm；(4)所述正极材料中Li2CO3的质量含量小于等于0.3％；(5)所述正极材料中LiOH的质量含量小于等于0.4％。4.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含有锂源、镍源、钴源、金属源、多金属氧酸盐和β成核剂的混合料后进行热处理，得到正极材料，其中，所述金属源包括锰源和铝源中的至少一种，所述多金属氧酸盐包括Na5CoW
12
O
40
、Na5BW
12
O
40
、Na5AlW
12
O
40
、Na5TiW
12
O
40
、Na5YW
12
O
40
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万圣，宋雄，张金龙，吴小珍，杨顺毅，
申请(专利权)人：贝特瑞江苏新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：