正极材料及其制备方法、正极极片、锂电池技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、锂电池。所述正极材料包括：内核，所述内核为具有空腔的微球；第一富锂锰基包覆层，所述第一富锂锰基包覆层包覆在所述内核的外周；第二富锂锰基包覆层，所述第二富锂锰基包覆层包覆在所述第一富锂锰基包覆层的外周；所述第二富锂锰基包覆层中的金属锰元素的含量低于所述第一富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量。该新的正极材料结构既具有良好的结构稳定性、又能发挥较高的材料利用率、还能保证较高的克容量水平。还能保证较高的克容量水平。还能保证较高的克容量水平。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、正极极片、锂电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、锂电池。

技术介绍

[0002]随着电池技术的发展，锂电池越来越追求较高的能量密度。虽然磷酸铁锂是目前市场上锂电池较常使用的正极活性材料，但其理论克容量偏低，较难满足更高的能量密度要求。
[0003]富锂锰基材料的理论克容量较高，适合作为锂电池的正极材料。但富锂锰基材料作为正极材料时，也存在较多问题，包括：在锂电池循环充放电过程中会有明显的金属锰元素溶出的情况，导致富锂锰基材料的结构稳定性变差，使锂电池的循环性能恶化；以及，目前的富锂锰基材料其中心部分的材料较难在锂电池充放电过程中参与电化学反应，材料利用效率不足。也就是说，目前的富锂锰基材料很难同时满足较高克容量、较好结构稳定性、较高材料利用率。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本申请公开了一种正极材料及其制备方法、正极极片、锂电池，以解决目前正极材料难以同时满足高克容量、高结构稳定性和高材料利用率的问题。
[0005]第一个方面，本申请实施例提供一种正极材料，所述正极材料包括：内核，所述内核为具有空腔的微球；第一富锂锰基包覆层，所述第一富锂锰基包覆层包覆在所述内核的外周；第二富锂锰基包覆层，所述第二富锂锰基包覆层包覆在所述第一富锂锰基包覆层的外周；所述第二富锂锰基包覆层中的金属锰元素的含量低于所述第一富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量。
[0006]进一步地，所述第一富锂锰基包覆层中的富锂锰基材料的化学式为：x1Li2MnO3•ꢀ
(1－x1)LiM1O2，其中，0.3≤x1<1，M1为Ni或者Co；和/或，所述第二富锂锰基包覆层中的富锂锰基材料的化学式为：x2Li2MnO3•ꢀ
(1－x2)LiM2O2，其中，0<x2<0.5，M2为Ni或者Co。
[0007]进一步地，所述第一富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量为26%~46.9%，所述第二富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量大于0%且小于26%。
[0008]进一步地，所述正极材料的粒径Dv50为8 μm~12 μm；和/或，所述正极材料的I
003
/I
104
大于或者等于1.3，其中，所述I
003
为所述正极材料的003晶面的衍射峰的峰强度，所述I
104
为所述正极材料的104晶面的衍射峰的峰强度。
[0009]进一步地，所述第二富锂锰基包覆层的厚度大于或者等于2微米。
[0010]第二个方面，本申请实施例提供一种正极材料的制备方法，所述正极材料为如第
一个方面所述的正极材料，所述正极材料的制备方法包括以下步骤：制备所述内核：采用喷雾干燥法处理碳源，制得碳微球前驱体，对所述碳微球前驱体进行焙烧形成所述内核，所述内核为具有空腔的微球；制备第一前驱体：使所述内核、具有可溶性锰盐和M盐的第一混合金属盐溶液、第一沉淀剂溶液和第一络合剂溶液混合形成第一反应体系，使所述第一反应体系进行沉淀化合反应，得到所述第一前驱体；其中所述第一混合金属盐溶液中的M盐为镍盐和/或钴盐；形成第一包覆材料：将所述第一前驱体和第一锂源混合、煅烧，使所述内核的外周包覆有所述第一富锂锰基包覆层，形成所述第一包覆材料；制备第二前驱体：使所述第一包覆材料、具有可溶性锰盐和M盐的第二混合金属盐溶液、第二沉淀剂溶液和第二络合剂溶液混合形成第二反应体系，使所述第二反应体系进行沉淀化合反应，得到所述第二前驱体；其中所述二混合金属盐溶液中的M盐为镍盐和/或钴盐；形成所述正极材料：将所述第二前驱体和第二锂源混合、煅烧，使所述第一富锂锰基包覆层的外周包覆有第二富锂锰基包覆层，且控制所述第二富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量低于所述第一富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量，得到所述正极材料。
[0011]进一步地，所述制备第一前驱体的步骤中，所述第一混合金属盐溶液中的可溶性锰盐中锰元素的物质的量与M盐中M元素的物质的量之比为x1:(1－x1)，且0.3≤x1<1；和/或，所述形成第一包覆材料的步骤中，所述第一前驱体中金属锰元素与所述第一锂源中锂元素的物质的量之比为x1:(x1+1)，0.3≤x1<1；和/或，所述制备第二前驱体的步骤中，所述第二混合金属盐溶液中的可溶性锰盐中锰元素的物质的量与M盐中M元素的物质的量之比为x2:(1－x2)，且0<x2<0.5；和/或，所述形成所述正极材料的步骤中，所述第二前驱体中金属锰元素与所述第二锂源中锂元素的物质的量之比为x2:(x2+1)，0<x2<0.5；和/或，所述第一混合金属盐溶液中的可溶性锰盐包括硫酸锰或硝酸锰的至少一种，所述第一沉淀剂溶液包括氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液的至少一种，所述第一络合剂溶液为氨水溶液；和/或，所述第二混合金属盐溶液中的可溶性锰盐包括硫酸锰或硝酸锰的至少一种，所述第二沉淀剂溶液包括氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液的至少一种，所述第二络合剂溶液为氨水溶液；和/或，所述碳源为蔗糖。
[0012]进一步地，所述制备所述内核的步骤中，采用喷雾干燥法的干燥温度为140℃~160℃，焙烧温度440℃~460℃、焙烧时间为2 h~4 h；和/或，所述制备第一前驱体的步骤中，进行沉淀化合反应的条件包括：使所述第一反应体系在pH为10~13、反应温度为60℃~80℃的条件下反应3 h~5 h；和/或，所述形成第一包覆材料的步骤中，煅烧的温度为300℃~600℃、煅烧的时间为5 h~10 h；和/或，所述制备第二前驱体的步骤中，进行沉淀化合反应的条件包括：使所述第二反应体系在pH为10~13、反应温度为60℃~80℃的条件下反应3 h~5 h；和/或，
所述形成所述正极材料的步骤中，煅烧的温度为300℃~600℃、煅烧的时间为5 h~10 h。
[0013]第三个方面，本申请实施例提供一种正极极片，所述正极极片包括如第一个方面所述的正极材料，或者所述正极极片包括如第二个方面所述制备方法制得的所述正极材料。
[0014]第四个方面，本申请实施例提供一种锂电池，所述锂电池包括如第一个方面所述的正极材料，或者所述锂电池包括如第二个方面所述制备方法制得的所述正极材料，或者所述锂电池包括如第三个方面所述的正极极片。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本申请实施例提供一种新的正极材料结构，该正极材料的内部为具有空腔的微球，且在微球的外周依次包裹有两层不同金属锰元素的富锂锰基材料包覆层，该新的正极材料结构既具有良好的结构稳定性、又能发挥较高的材料利用率、还能保证较高的克容量水平。将该正极材料用于锂电池，尤其用于圆柱锂电池时，不仅结构性能稳定，且可满足较高的能量密度要求。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要的使用的附图做简单地本文档来自技高网...

【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：内核，所述内核为具有空腔的微球；第一富锂锰基包覆层，所述第一富锂锰基包覆层包覆在所述内核的外周；第二富锂锰基包覆层，所述第二富锂锰基包覆层包覆在所述第一富锂锰基包覆层的外周；所述第二富锂锰基包覆层中的金属锰元素的含量低于所述第一富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一富锂锰基包覆层中的富锂锰基材料的化学式为：x1Li2MnO3•ꢀ
(1－x1)LiM1O2，其中，0.3≤x1<1，M1为Ni或者Co；和/或，所述第二富锂锰基包覆层中的富锂锰基材料的化学式为：x2Li2MnO3•ꢀ
(1－x2)LiM2O2，其中，0<x2<0.5，M2为Ni或者Co。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量为26%~46.9%，所述第二富锂锰基包覆层中金属锰元素的含量大于0%且小于26%。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的粒径Dv50为8 μm~12 μm；和/或，所述正极材料的I
003
/I
104
大于或者等于1.3，其中，所述I
003
为所述正极材料的003晶面的衍射峰的峰强度，所述I
104
为所述正极材料的104晶面的衍射峰的峰强度。5.根据权利要求1至4任一项所述的正极材料，其特征在于，所述第二富锂锰基包覆层的厚度大于或者等于2微米。6.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料为如权利要求1至5任一项所述的正极材料，所述正极材料的制备方法包括以下步骤：制备所述内核：采用喷雾干燥法处理碳源，制得碳微球前驱体，对所述碳微球前驱体进行焙烧形成所述内核，所述内核为具有空腔的微球；制备第一前驱体：使所述内核、具有可溶性锰盐和M盐的第一混合金属盐溶液、第一沉淀剂溶液和第一络合剂溶液混合形成第一反应体系，使所述第一反应体系进行沉淀化合反应，得到所述第一前驱体；其中所述第一混合金属盐溶液中的M盐为镍盐和/或钴盐；形成第一包覆材料：将所述第一前驱体和第一锂源混合、煅烧，使所述内核的外周包覆有所述第一富锂锰基包覆层，形成所述第一包覆材料；制备第二前驱体：使所述第一包覆材料、具有可溶性锰盐和M盐的第二混合金属盐溶液、第二沉淀剂溶液和第二络合剂溶液混合形成第二反应体系，使所述第二反应体系进行沉淀化合反应，得到所述第二前驱体；其中所述第二混合金属盐溶液中的M盐为镍盐和/或钴盐；形成所述正极材料：将所述第二前驱体和第二锂源混合、煅烧，使所述第一富锂锰基包覆层的外周包覆有第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢炎崇，
申请(专利权)人：厦门海辰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：