一种正极材料组合物、二次电池和用电装置制造方法及图纸

本申请提供了一种正极材料组合物、二次电池和用电装置，以提高电池的高温存储性能。该正极材料组合物包括磷酸盐类正极材料和三元正极材料，磷酸盐类正极材料的重量记为W1，三元正极材料的重量记为W2，α＝W1/(W1+W2)，3％≤α≤50％，磷酸盐类正极材料为单晶材料或具有单晶内核，三元正极材料为单晶或具有单晶内核。磷酸盐类正极材料具有磷酸盐聚阴离子材料稳定性强，循环稳定性好，具有寿命优势；三元正极材料能量密度较高。磷酸盐类正极材料为单晶材料或具有单晶内核，三元正极材料为单晶或具有单晶内核，进一步提高正极材料的循环性能；而且单晶的BET比表面积小，结构稳定，压实密度大，高温存储表现更好。高温存储表现更好。高温存储表现更好。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种正极材料组合物、二次电池和用电装置


[0001]本申请涉及电池
，特别是涉及一种正极材料组合物、二次电池和用电装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
[0003]目前锂离子电池中提高循环性能的方法较多，对正极材料进行掺杂或包覆改性，以减缓正极材料在循环过程中晶体结构的恶化；或者将具有不同优势的正极材料进行组合，取长补短以提高电池的循环性能和能量密度。比如将磷酸铁锂类正极材料和三元正极材料组合，但是，通常二者组合后仍然以三元正极材料为主体，受到三元正极材料循环稳定性的限制，组合物的循环稳定性改善不足，尤其是高温存储性能的表现不足。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种正极材料组合物、二次电池和用电装置，以提高电池的高温存储性能。
[0005]根据本申请的第一方面，提供了一种正极材料组合物，包括磷酸盐类正极材料和三元正极材料，磷酸盐类正极材料的重量记为W1，三元正极材料的重量记为W2，α＝W1/(W1+W2)，3％≤α≤50％，磷酸盐类正极材料为单晶材料或具有单晶内核，三元正极材料为单晶或具有单晶内核。
[0006]磷酸盐类正极材料虽然能量密度低，但是材料结构具有磷酸盐聚阴离子材料稳定性强，循环稳定性好，具有寿命优势；三元正极材料能量密度较高，但层状过渡金属氧化物在循环过程中面临着相变/Li
‑
Ni混排/释氧以及结构坍塌等材料损失，导致三元正极材料的寿命较磷酸盐类正极材料差。本申请磷酸盐类正极材料为单晶材料或具有单晶内核，三元正极材料为单晶或具有单晶内核，进一步提高正极材料的循环性能；而且单晶的BET比表面积小，结构稳定，压实密度大，高温存储表现更好。
[0007]在第一方面的任意实施方式中，上述正极材料组合物的粒径分布满足以下关系式：8＞Aα+B(1
‑
α)＞1，其中，A为磷酸盐类正极材料的D
V
50，B为三元正极材料的D
V
50。进一步改善磷酸盐类正极材料和三元正极材料之间的粒径配合效果，从而显著提升高温存储性能。
[0008]在第一方面的任意实施方式中，上述磷酸盐类正极材料的D
V
50为0.8～8μm，且DV
90
＜30μm，以提高正极材料组合物的加工可行性与高温稳定性。
[0009]在第一方面的第一实施方式中，上述磷酸盐类正极材料的BET比表面积为8～20m2/g，可进一步提高正极材料组合物的结构稳定性、压实密度和高温存储性能。
[0010]在第一方面的第一实施方式中，上述磷酸盐类正极材料的化学式为Li
1+x
Mn1‑
y
A
y
P1‑
z
R
z
O4，化学式中x为在
‑
0.100
‑
0.100范围内的任意数值，y为在0.001
‑
0.500范围内的任意数值，z为在0.001
‑
0.100范围内的任意数值，x、y和z的值满足以下条件：使化学式保持电中性；A包括Zn、Al、Na、K、Mg、Mo、W、Ti、V、Zr、Fe、Ni、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge组成的组中的一种或多种元素，可选地A包括Fe、Ti、V、Ni、Co和Mg组成的组中一种或多种元素，R包括B、Si、N、S、F、Cl和Br组成的组中的一种或多种元素，可选地，R包括B、Si、N和S组成的组中的一种元素。在磷酸盐类中掺杂元素A和元素R有助于提高磷酸盐类正极材料的结构稳定性和具有其的二次电池的倍率性能。
[0011]在第一方面的第二实施方式中，上述磷酸盐类正极材料的化学式为Li
a
A
x
Mn1‑
y
B
y
P1‑
z
C
z
O4‑
n
D
n
，其中，A包括Zn、Al、Na、K、Mg、Nb、Mo和W组成的组中的一种或多种元素，B包括Ti、V、Zr、Fe、Ni、Mg、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge组成的组中的一种或多种元素，C包括B(硼)、S、Si和N组成的组中的一种或多种元素，D包括S、F、Cl和Br组成的组中的一种或多种元素，a选自0.9至1.1的范围，x选自0.001至0.1的范围，y选自0.001至0.5的范围，z选自0.001至0.1的范围，n选自0.001至0.1的范围，并且磷酸盐类正极材料为电中性的。通过在上述四个位置同时以特定量掺杂上述特定的元素，能够明显改善磷酸盐类正极材料的倍率性能、循环性能和/或高温稳定性。
[0012]在第一方面的任意实施方式中，可选地磷酸盐类正极材料包括单晶内核、包覆单晶内核的包覆层，单晶内核具有化学式Li
1+x
Mn1‑
y
A
y
P1‑
z
R
z
O4或化学式Li
a
A
x
Mn1‑
y
B
y
P1‑
z
C
z
O4‑
n
D
n
，包覆层可选地为焦磷酸盐、磷酸盐、碳的一层或多层。上述功能包覆层能够有效抑制过渡金属的溶出，减少磷酸盐类正极材料的表面副反应。
[0013]在第一方面的任意实施方式中，上述三元正极材料的D
V
50为2～8μm，且D
V
99≤18μm。颗粒尺寸影响混合后的克容量发挥，控制三元正极材料的D
V
50和D
V
99，有助于缩短锂离子扩散路径和体相扩散阻抗，降低材料的极化，尤其对混合后容量改善作用更加显著。
[0014]在第一方面的任意实施方式中，上述三元正极材料的BET比表面积为0.42～1.5m2/g。可进一步提高正极材料的结构稳定性、压实密度和高温存储性能。
[0015]在第一方面的任意实施方式中，上述三元正极材料为单晶NCM三元正极材料、或单晶NCA三元正极材料，可选地，三元正极材料中Ni摩尔含量为50％～99.5％，且Co摩尔含量为0.5％～49.5％；进一步地可选地，Ni摩尔含量为60％～88％，且Co摩尔含量为5％～35％。Ni摩尔含量影响三元正极材料的容量发挥，对掺混材料的能量密度提升有较大影响，Co摩尔含量提高体系的电子电导和离子电导，可以有效改善三元正极材料的充电能力。
[0016]在第一方面的任意实施方式中，上述三元正极材料具有化学式Li
a
’
Ni
b
’
Co
c
’
M1
d
’...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种正极材料组合物，其中，包括磷酸盐类正极材料和三元正极材料，所述磷酸盐类正极材料的重量记为W1，所述三元正极材料的重量记为W2，α＝W1/(W1+W2)，3％≤α≤50％，所述磷酸盐类正极材料为单晶材料或具有单晶内核，所述三元正极材料为单晶或具有单晶内核。2.根据权利要求1所述的正极材料组合物，其中，所述正极材料组合物的粒径分布满足以下关系式：8＞Aα+B(1
‑
α)＞1，其中，A为所述磷酸盐类正极材料的D
V
50，B为所述三元正极材料的D
V
50。3.根据权利要求1或2所述的正极材料组合物，其中，所述磷酸盐类正极材料的D
V
50为0.8～8μm，且D
V
90＜30μm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的正极材料组合物，其中，所述磷酸盐类正极材料的BET比表面积为8～20m2/g。5.根据权利要求1至4中任一项所述的正极材料组合物，其中，所述磷酸盐类正极材料的化学式为Li
1+x
Mn1‑
y
A
y
P1‑
z
R
z
O4，所述化学式中x为在
‑
0.100
‑
0.100范围内的任意数值，y为在0.001
‑
0.500范围内的任意数值，z为在0.001
‑
0.100范围内的任意数值，所述x、y和z的值满足以下条件：使所述化学式保持电中性；所述A包括Zn、Al、Na、K、Mg、Mo、W、Ti、V、Zr、Fe、Ni、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge组成的组中的一种或多种元素，可选地A包括Fe、Ti、V、Ni、Co和Mg组成的组中一种或多种元素，所述R包括B、Si、N、S、F、Cl和Br组成的组中的一种或多种元素，可选地，所述R包括B、Si、N和S组成的组中的一种元素；或者，所述磷酸盐类正极材料的化学式为Li
a
A
x
Mn1‑
y
B
y
P1‑
z
C
z
O4‑
n
D
n
，其中，所述A包括Zn、Al、Na、K、Mg、Nb、Mo和W组成的组中的一种或多种元素，所述B包括Ti、V、Zr、Fe、Ni、Mg、Co、Ga、Sn、Sb、Nb和Ge组成的组中的一种或多种元素，所述C包括B(硼)、S、Si和N组成的组中的一种或多种元素，所述D包括S、F、Cl和Br组成的组中的一种或多种元素，所述a选自0.9至1.1的范围，所述x选自0.001至0.1的范围，所述y选自0.001至0.5的范围，所述z选自0.001至0.1的范围，所述n选自0.001至0.1的范围，并且所述磷酸盐类正极材料为电中性的。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦一鸣，徐晓富，孙婧轩，尚义博，潘坚福，刘倩，叶永煌，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：