正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本申请公开了一种正极材料，包括正极材料基体，所述正极材料基体的化学通式为Li

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]因具有较高的工作电压、能量密度、寿命长和对环境友好等特点，锂离子电池已经成为新一代电动汽车、电动工具及电子产品的动力电源，目前已经广泛应用于能源、交通、通讯等不同的领域之中。如何提高锂电池的倍率性能、热稳定性及循环稳定性一直是研发人员的探索方向。
[0003]现有的锂电池一般采用高镍三元材料作为正极材料，但是在钴资源吃紧，原材料价格上涨的趋势下，高镍三元材料逐步向超高镍化(镍含量大于90％)方向迈进，以降低材料端对钴的需求。在相关研究中，已掌握了制备镍钴二元前驱体的方法，通过舍弃锰和铝来更大限度地提升镍含量，以极大提高正极材料的容量。由于不含有锰和铝，相较于传统的高镍三元正极材料，二元超高镍材料因较低的钴含量导致其循环稳定性和倍率性能变差。同时，由于镍含量越高，基体烧结温度越低，导致更多的锂残留在材料表面，加工性能变差。
[0004]因此，需要一种正极材料及其制备方法以提高锂电池的倍率性能及循环稳定性，改善加工性能，降低生产成本。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池，以提高锂电池的倍率性能及循环稳定性，同时减少正极材料表面的锂残留以改善加工性能。
[0006]本申请实施例提供一种正极材料，所述正极材料包括：
[0007]正极材料基体，所述正极材料基体的化学通式为Li
ar/>Ni
x
Co
y
O2，其中，a＞0.9，x≥0.95，y≤0.05，x+y＝1；及
[0008]包覆层，所述包覆层包括存在于所述正极材料基体表面的第一包覆层、存在于所述第一包覆层表面的第二包覆层和存在于所述第二包覆层表面的第三包覆层，所述第一包覆层包含两性金属氧化物，所述第二包覆层包含金属氟化物，所述第三包覆层包含氟化锂、氧化铝和氟化铝。
[0009]在一种可行的实施方式中，所述正极材料中还包含掺杂元素，所述掺杂元素掺杂在所述正极材料基体中。
[0010]在一种可行的实施方式中，所述氟化铝存在于所述第二包覆层与所述第三包覆层之间的界面处。
[0011]在一种可行的实施方式中，所述金属氟化物中的金属元素的质量为所述正极材料基体的质量的0.01wt％～1wt％。
[0012]在一种可行的实施方式中，所述氟化锂的含量占所述正极材料的0.001wt％～0.1wt％。
[0013]在一种可行的实施方式中，所述氧化铝的含量占所述正极材料的0.01wt％～1wt％。
[0014]在一种可行的实施方式中，所述氟化铝的含量占所述正极材料的0.01wt％～1wt％。
[0015]在一种可行的实施方式中，所述掺杂元素选自Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Ag、Sn、Au、Mn、Mg、Sr、Ga、Y、Al、Ba中的至少一种。
[0016]在一种可行的实施方式中，所述两性金属氧化物中的金属包括Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Al、Ag、Sn、Au、Mn中的至少一种。
[0017]在一种可行的实施方式中，所述两性金属氧化物中的金属元素的质量为所述正极材料基体的质量的0.01wt％～1wt％。
[0018]在一种可行的实施方式中，所述金属氟化物中的金属包括Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Al、Ag、Sn、Au、Mn中的至少一种。
[0019]在一种可行的实施方式中，所述掺杂元素选自Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Ag、Sn、Au、Mn、Mg、Sr、Ga、Y、Al、Ba中的至少两种。
[0020]本申请实施例还提供一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]将前驱体和锂源混合后，进行第一次烧结，得到第一烧结物，所述前驱体的化学通式为Ni
x
Co
y
(OH)2，其中，x≥0.95，y≤0.05，x+y＝1；
[0022]将所述第一烧结物与两性金属氧化物混合后，进行第二次烧结反应，得到第二烧结物；及
[0023]将所述第二烧结物与三水氟化铝混合后，进行第三次烧结，得到所述正极材料。
[0024]在一种可行的实施方式中，所述得到第一烧结物的步骤包括：将所述前驱体和所述锂源混合后，加入掺杂物，进行第一次烧结。
[0025]在一种可行的实施方式中，所述掺杂物包括金属氧化物和/或金属氢氧化物，所述金属氧化物和所述金属氢氧化物中的金属包括Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Ag、Sn、Au、Mn、Mg、Sr、Ga、Y、Al、Ba中的至少两种。
[0026]在一种可行的实施方式中，所述掺杂物中的金属元素的质量为所述前驱体的质量的0.01wt％～1wt％。
[0027]在一种可行的实施方式中，所述锂源中的锂与所述前驱体中的镍和钴总和的摩尔比为0.99～1.05。
[0028]在一种可行的实施方式中，所述两性金属氧化物中的金属包括Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Al、Ag、Sn、Au、Mn中的至少一种。
[0029]在一种可行的实施方式中，所述两性金属氧化物中的金属元素的质量为所述正极材料基体的质量的0.01wt％～1wt％。
[0030]在一种可行的实施方式中，所述三水氟化铝的质量为所述第一烧结物的质量的0.01wt％～1wt％。
[0031]在一种可行的实施方式中，所述金属氟化物中的金属包括Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Al、Ag、Sn、Au、Mn中的至少一种。
[0032]在一种可行的实施方式中，所述锂源包含氢氧化锂和碳酸锂中的至少一种。
[0033]在一种可行的实施方式中，得到第一烧结物的步骤包括：将前驱体、锂源和掺杂物
通过球磨混合均匀后，于含氧气氛下于400℃～600℃烧结3h～10h后，再于含氧气氛下于650℃～750℃烧结3h～10h。
[0034]在一种可行的实施方式中，得到第二烧结物的步骤包括：将所述第一烧结物与两性金属氧化物通过球磨混合均匀后，于含氧气氛下于400℃～700℃烧结3h～10h。
[0035]在一种可行的实施方式中，得到正极材料的步骤包括：将第二烧结物与三水氟化铝混合通过球磨混合均匀后，于含氧气氛下于300℃～700℃烧结2h～10h。
[0036]在一种可行的实施方式中，在得到正极材料的步骤中，将第二烧结物与三水氟化铝混合通过球磨混合均匀后，先于含氧气氛下于100℃～400℃烧结2h～10h后，再于300℃～700℃下烧结2h～10h。
[0037]本申请实施例还提供一种锂离子电池，包括如上所述的正极材料或如上所述的制备方法得到的正极材料。
[0038]本申请的技术方案至少具有以下有益效果：
[0039]1、本申请本文档来自技高网...

【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：正极材料基体，所述正极材料基体的化学通式为Li
a
Ni
x
Co
y
O2，其中，a＞0.9，x≥0.95，y≤0.05，x+y＝1；及包覆层，所述包覆层包括存在于所述正极材料基体表面的第一包覆层、存在于所述第一包覆层表面的第二包覆层和存在于所述第二包覆层表面的第三包覆层，所述第一包覆层包含两性金属氧化物，所述第二包覆层包含金属氟化物，所述第三包覆层包含氟化锂、氧化铝和氟化铝。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中包括如下特征a
‑
f中的至少一者：a、所述正极材料还包含掺杂元素，所述掺杂元素掺杂在所述正极材料基体中；b、所述氟化铝存在于所述第二包覆层与所述第三包覆层之间的界面处；c、所述金属氟化物中的金属元素的质量为所述正极材料基体的质量的0.01wt％～1wt％d、所述氟化锂的含量占所述正极材料的0.001wt％～0.1wt％；e、所述氧化铝的含量占所述正极材料的0.01wt％～1wt％；f、所述氟化铝的含量占所述正极材料的0.01wt％～1wt％。3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂元素选自Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Ag、Sn、Au、Mn、Mg、Sr、Ga、Y、Al、Ba中的至少一种。4.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a到d中的至少一者：a、所述两性金属氧化物中的金属包括Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Al、Ag、Sn、Au、Mn中的至少一种；b、所述两性金属氧化物中的金属元素的质量为所述正极材料基体的质量的0.01wt％～1wt％；c、所述金属氟化物中的金属包括Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Al、Ag、Sn、Au、Mn中的至少一种；d、所述掺杂元素选自Be、Ti、V、Fe、Co、Zn、Ge、Zr、Ag、Sn、Au、Mn、Mg、Sr、Ga、Y、Al、Ba中的至少两种。5.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将前驱体和锂源混合后，进行第一次烧结，得到第一烧结物，所述前驱体的化学通式为Ni
x
Co
y
(OH)2，其中，x≥0.95，y≤0.05，x+y＝1；将所述第一烧结物与两性金属氧化物混合后，进行第二次烧结，得到第二烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭青松，罗亮，严武渭，杨顺毅，黄友元，程林，
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：