晶体材料及其制备方法技术

本申请实施例提供晶体材料及其制备方法，晶体材料为由多个单晶晶粒团聚成的二次颗粒，晶粒间具有晶界，二次颗粒的截面中，晶粒间缝隙宽度大于或等于2nm的晶界长度L3与晶界总长度L4的比值L3/L4≤0.8；或晶体材料为单晶颗粒，每一单晶颗粒包括一个单晶晶粒，m颗单晶颗粒中包括n颗第一单晶颗粒，n与m的比值n/m≥0.5，m≥10；第一单晶颗粒的截面中，所有宽度大于或等于2nm的缝隙的总长度L1与所述截面的周长L2的比值L1/L2≤0.45。该晶体材料由晶体材料初产品经修饰获得，单晶颗粒缺陷少，二次颗粒晶界处缝隙小，晶粒间结合强，其为电池电极材料或固态电解质材料时，可提升电池的电化学性能和热稳定性。和热稳定性。和热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
晶体材料及其制备方法


[0001]本申请实施例涉及晶体材料制备
，特别是涉及一种晶体材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着智能手机和电动汽车的大量普及，电池性能的提升越来越受到业界关注。目前商业化锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成，其中正极材料占比高达40％。正极材料的电化学性能将直接影响到电池的最终性能。而正极材料电化学性能的重要决定因素之一在于正极材料的内部晶体结构。
[0003]以目前成熟的三元正极材料来说，其首次库伦效率较低，不足90％，严重影响三元正极材料首圈容量发挥和后续容量表达。而高镍三元正极材料低首效的主要原因包括：三元正极材料合成过程中会产生锂镍混排，首圈充放电过程中，锂层的Ni
2+
不可逆氧化会导致首圈放电容量减少；与此同时，颗粒表面容易发生表面重构，表面过渡金属离子迁移会诱导层状结构往尖晶石结构和岩盐相结构转变。表面岩盐相阻碍锂离子扩散，减缓锂离子传输动力学过程，使得首圈容量损失严重。在多晶材料中，由于晶粒的取向不同，晶粒与晶粒之间存在晶界，晶界处汇聚大量盐岩相结构，严重阻碍锂离子的传输。另外，由于晶界处缝隙较大，结合力较弱，在电池充放电循环过程中，正极材料颗粒的裂纹会从晶粒的晶界处延展开，进而电解液将渗透进晶界与裂纹诱导界面副反应，从而降低材料的循环稳定性。
[0004]因此，有必要提供一种正极材料及其制备方法，通过对正极材料晶界进行修饰，提高锂离子在一次晶粒间的扩散动力学过程，强化晶界结合，抑制电解液渗透和裂纹延展，最终提升正极材料的首次库伦效率和循环稳定性。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请实施例提供一种晶体材料及其制备方法，该晶体材料由晶体材料初产品经修饰获得，单晶颗粒缺陷少，二次颗粒晶界处缝隙小，晶粒间结合强，该晶体材料为电池电极材料或固态电解质材料时，可提升电池的电化学性能，以在一定程度上解决现有晶体材料晶界处缝隙大，不利于提升材料电化学性能的问题。
[0006]具体地，本申请实施例第一方面提供一种晶体材料，所述晶体材料为由多个单晶晶粒团聚而成的二次颗粒，所述多个单晶晶粒的晶粒间具有晶界，所述二次颗粒的截面中，晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于2nm的晶界长度L3与晶界总长度L4的比值L3/L4≤0.8；或者
[0007]所述晶体材料为单晶颗粒，每一所述单晶颗粒包括一个单晶晶粒，m颗所述单晶颗粒中包括n颗第一单晶颗粒，n与m的比值n/m≥0.5，m≥10；所述第一单晶颗粒的截面中，所有宽度大于或等于2nm的缝隙的总长度L1与所述截面的周长L2的比值L1/L2≤0.45。
[0008]本申请实施例的晶体材料采用晶体材料初产品经修饰得到，单晶颗粒体相中大缝隙缺陷分布少，材料良率高；二次颗粒中晶粒间缝隙小，晶粒间结合强；本申请实施例的晶
体材料具有较优异的电化学性能和热稳定性，相比修饰前的晶体材料初产品，电化学性能和热稳定性明显提升。
[0009]本申请实施方式中，所述二次颗粒的截面中，所述晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于2nm的晶界长度L3与晶界总长度L4的比值L3/L4≤0.5。
[0010]本申请实施方式中，所述二次颗粒的截面中，所述晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于1.5nm的晶界长度L5与晶界总长度L4的比值L5/L4≤0.8。
[0011]本申请实施方式中，所述二次颗粒的截面中，所述晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于1nm的晶界长度L6与晶界总长度L4的比值L6/L4≤0.8。
[0012]本申请实施方式中，所述二次颗粒的截面中，所述晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于0.5nm的晶界长度L7与晶界总长度L4的比值L7/L4≤0.8。
[0013]本申请晶体材料，对于二次颗粒，晶界融合即晶粒间缝隙的减小可以有效的提高离子在晶体材料颗粒内的扩散动力学过程，提高材料首次库伦效率，还可以抑制裂纹扩展，提高晶体材料的结构稳定性，抑制晶格氧释放，提高材料热稳定性。L3/L4、L5/L4、L6/L4、L7/L4的比值越小，则表明二次颗粒整体的晶界融合程度越高。
[0014]本申请晶体材料，对于单晶颗粒，颗粒内部裂纹缺陷的减少，可使材料整体良率提高，从而提高材料的结构稳定性和电化学性能。其中，n/m的比值越大，L1/L2的比值越小，则表明单晶颗粒产品的良率越高。本申请一些实施方式中，n与m的比值n/m≥0.7。本申请一些实施方式中，所述第一单晶颗粒的截面中，所有宽度大于或等于2nm的缝隙的总长度L1与所述截面的周长L2的比值L1/L2≤0.2。
[0015]本申请实施方式中，所述二次颗粒的截面中，晶界处晶粒间缝隙宽度小于2nm的晶界的连续长度为10nm
‑
1000nm。
[0016]本申请一些实施方式中，所述二次颗粒中，相邻单晶晶粒的晶界处不存在与所述相邻单晶晶粒中的元素均不同的杂质元素。这样可以更好地修复晶体材料初产品的晶体结构，保持晶体材料内部的均匀性、一致性。
[0017]一些实施例中，所述相邻单晶晶粒的晶界处为顺承所述相邻单晶晶粒的原子排布外延生长所得的晶体结构。
[0018]另一些实施例中，所述相邻单晶晶粒的晶界处填充有第一金属盐，所述第一金属盐为具有与所述相邻单晶晶粒相同的碱金属或碱土金属元素的碱金属盐或碱土金属盐。
[0019]本申请另一些实施方式中，所述二次颗粒中，相邻单晶晶粒的晶界处含有与所述相邻单晶晶粒中的元素均不同的杂质元素。
[0020]一些实施例中，所述相邻单晶晶粒的晶界处填充有第二金属盐，所述第二金属盐为具有与所述相邻单晶晶粒相同的碱金属或碱土金属元素的碱金属盐或碱土金属盐。
[0021]本申请实施方式中，所述单晶晶粒表面的相变层厚度小于或等于1nm。较小的相变层的厚度表明单晶颗粒的表面得到修复，颗粒整体的晶体结构一致性更高，更有利于提高晶体材料的性能，提高离子传输的动力学过程。
[0022]本申请实施方式中，所述二次颗粒中，相邻两个单晶晶粒的晶面取向随机。
[0023]本申请实施方式中，所述二次颗粒中，至少部分相邻所述单晶晶粒在晶界处相互融合构成一晶界修饰团聚体，每一所述晶界修饰团聚体包括两个或两个以上所述单晶晶粒，所述晶界修饰团聚体中，相互融合的晶界处的晶粒间缝隙宽度小于2nm。
[0024]本申请实施方式中，所述至少部分相邻所述单晶晶粒在晶界处相互融合为原子级外延交界融合，晶界处的晶粒间缝隙宽度小于或等于0.5nm。
[0025]本申请实施方式中，所述单晶晶粒为电池电极材料或固态电解质。
[0026]本申请实施方式中，所述电池电极材料包括锂离子电池电极材料、钠离子电池电极材料、钾离子电池电极材料或镁离子电池电极材料。
[0027]本申请实施方式中，所述锂离子电池电极材料包括含锂的复合氧化物；所述钠离子电池电极材料包括含钠复合氧化物、普鲁士蓝、普鲁士白中的一种或多种；所述钾离子电池电极材料包括含钾的复合氧化物；所述镁离子电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶体材料，其特征在于，所述晶体材料为由多个单晶晶粒团聚而成的二次颗粒，所述多个单晶晶粒的晶粒间具有晶界，所述二次颗粒的截面中，晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于2nm的晶界长度L3与晶界总长度L4的比值L3/L4≤0.8；或者所述晶体材料为单晶颗粒，每一所述单晶颗粒包括一个单晶晶粒，m颗所述单晶颗粒中包括n颗第一单晶颗粒，n与m的比值n/m≥0.5，m≥10；所述第一单晶颗粒的截面中，所有宽度大于或等于2nm的缝隙的总长度L1与所述截面的周长L2的比值L1/L2≤0.45。2.如权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒的截面中，所述晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于2nm的晶界长度L3与晶界总长度L4的比值L3/L4≤0.5。3.如权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒的截面中，所述晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于1.5nm的晶界长度L5与晶界总长度L4的比值L5/L4≤0.8。4.如权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒的截面中，所述晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于1nm的晶界长度L6与晶界总长度L4的比值L6/L4≤0.8。5.如权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒的截面中，所述晶界处晶粒间缝隙宽度大于或等于0.5nm的晶界长度L7与晶界总长度L4的比值L7/L4≤0.8。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒的截面中，晶界处晶粒间缝隙宽度小于2nm的晶界的连续长度为10nm
‑
1000nm。7.如权利要求1
‑
6任一项所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒中，相邻单晶晶粒的晶界处不存在与所述相邻单晶晶粒中的元素均不同的杂质元素。8.如权利要求7所述的晶体材料，其特征在于，所述相邻单晶晶粒的晶界处为顺承所述相邻单晶晶粒的原子排布外延生长所得的晶体结构。9.如权利要求7所述的晶体材料，其特征在于，所述相邻单晶晶粒的晶界处填充有第一金属盐，所述第一金属盐为具有与所述相邻单晶晶粒相同的碱金属或碱土金属元素的碱金属盐或碱土金属盐。10.如权利要求1
‑
6任一项所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒中，相邻单晶晶粒的晶界处含有与所述相邻单晶晶粒中的元素均不同的杂质元素。11.如权利要求10任一项所述的晶体材料，其特征在于，所述相邻单晶晶粒的晶界处填充有第二金属盐，所述第二金属盐为具有与所述相邻单晶晶粒相同的碱金属或碱土金属元素的碱金属盐或碱土金属盐。12.如权利要求1
‑
11任一项所述的晶体材料，其特征在于，所述单晶晶粒表面的相变层厚度小于或等于1nm。13.如权利要求1
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12任一项所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒中，相邻两个单晶晶粒的晶面取向随机。14.如权利要求1
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13任一项所述的晶体材料，其特征在于，所述二次颗粒中，至少部分相邻所述单晶晶粒在晶界处相互融合构成一晶界修饰团聚体，每一所述晶界修饰团聚体包括两个或两个以上所述单晶晶粒，所述晶界修饰团聚体中，相互融合的晶界处的晶粒间缝隙宽度小于2nm。15.如权利要求14所述的晶体材料，其特征在于，所述至少部分相邻所述单晶晶粒在晶界处相互融合为原子级外延交界融合，晶界处的晶粒间缝隙宽度小于或等于0.5nm。16.如权利要求1
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15任一项所述的晶体材料，其特征在于，所述单晶晶粒为电池电极材
料或固态电解质。17.如权利要求16所述的晶体材料，其特征在于，所述电池电极材料包括锂离子电池电极材料、钠离子电池电极材料、钾离子电池电极材料或镁离子电池电极材料。18.如权利要求17所述的晶体材料，其特征在于，所述锂离子电池电极材料包括含锂的复合氧化物；所述钠离子电池电极材料包括含钠的复合氧化物、普鲁士蓝、普鲁士白中的一种或多种；所述钾离子电池电极材料包括含钾的复合氧化物；所述镁...

【专利技术属性】
技术研发人员：许若愚，李光鑫，夏圣安，雷雨，王博，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：