一种富锂正极材料及其制备方法和应用技术

本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种富锂正极材料及其制备方法和应用。该富锂正极材料包括富锂金属氧化物，至少部分所述富锂金属氧化物的锂位上掺杂有金属元素M，所述金属元素M包括IB至VIIIB族元素、IIA族元素、IIIA族元素、IVA族元素、VA族元素中的一种或多种；至少部分所述富锂金属氧化物的氧位上掺杂有准金属元素。本申请可以使富锂正极材料的晶格不易变形，有效提高富锂正极材料的结构稳定性，进而改善其循环性能。而改善其循环性能。而改善其循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种富锂正极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于电池
，尤其涉及一种富锂正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]富锂正极材料是一种Li与其他金属原子比大于1的锂金属氧化物，这类正极材料由于具有高比容量而受到广泛关注。然而，较多富锂正极材料在长时间的充放电循环过程中晶胞体积不断的膨胀收缩，导致颗粒界面会出现大面积的微裂纹，从而导致正极片断裂、粉化，并加剧富锂正极材料与电解液的副反应，增大电池的内阻，降低电池的电化学性能。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种富锂正极材料及其制备方法和应用，旨在解决富锂正极材料在充放电循环过程中出现裂纹，甚至断裂、粉化的问题。
[0004]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0005]第一方面，本申请提供一种富锂正极材料，包括富锂金属氧化物，至少所述富锂金属氧化物的锂位上掺杂有金属元素M，所述金属元素M包括IB至VIIIB族元素、IIA族元素、IIIA族元素、IVA族元素、VA族元素中的一种或多种；至少所述富锂金属氧化物的氧位上掺杂有准金属元素。
[0006]本申请实施例通过同时在富锂金属氧化物的锂位和氧位中掺杂特定元素，其中锂位掺杂的金属元素M能够阻止层滑动和富锂氧化物的相结构变化，例如阻止O3相中O1相堆积断层或O1相的形成，使得材料即使在高压下也不会发生相变，从而提高富锂正极材料的循环性能。此外，锂位掺杂的金属元素M可以与富锂正极材料中残余的锂在富锂正极材料表面原位形成锂离子导体材料，一方面可以对富锂正极材料进行表面包覆，减少在充放电过程中富锂正极材料在电解液中的暴露，从而提高富锂正极材料的结构稳定性，使得晶格不易变形，有利于改善电池的循环性能；另一方面，锂离子导体包覆层还可以快速实现锂离子的传导，促进电池中锂离子的脱嵌，从而有利于提高电池的容量。
[0007]同时，氧位掺杂的准金属元素能够增加富锂金属氧化物中氧空位的形成能，因此使得富锂金属氧化物中的O2‑
能够稳定存在，而不容易发生氧逸出(氧逸出形成氧空位)，这有利于在充放电循环过程中抑制富锂正极材料裂纹的产生，从而提升富锂正极材料的循环稳定性和热稳定性。同时，氧位掺杂的准金属元素还可以使富锂金属氧化物的Li与过渡金属的交换能增高，从而减弱了Li与过渡金属发生混排的倾向。因此，在氧位掺杂元素的作用下，可以使富锂正极材料的晶格不易变形，提高其结构稳定性。
[0008]因此，在锂位掺杂的金属元素M和氧位掺杂的准金属元素的共同作用下，可以使富锂正极材料的晶格不易变形，有效提高富锂正极材料的结构稳定性，进而改善其循环性能。
[0009]第二方面，本申请提供一种富锂正极材料的制备方法，包括：
[0010]在富锂金属氧化物的制备原料中加入金属元素M源和准金属元素源，惰性气氛下进行烧结处理；其中金属元素M包括IB至VIIIB族元素、IIA族元素、IIIA族元素、IVA族元素、
VA族元素中的一种或多种。
[0011]本申请实施例通过在富锂金属氧化物的制备原料中加入金属元素M源和准金属元素源进行共烧结，可以在至少部分富锂金属氧化物的锂位上掺杂金属元素M，同时在氧位上掺杂准金属元素，实现富锂金属氧化物的锂位、氧位的共掺杂，可以使富锂正极材料的晶格不易变形，提高其结构稳定性；且该制备方法简单，容易实施，易于规模化生产。
[0012]第三方面，本申请提供一种正极，该正极包含上述第一方面的富锂正极材料或如上述第二方面的方法制备的富锂正极材料。
[0013]本申请实施例的富锂正极材料具有很好的机械性能，能够降低富锂金属氧化物在充放电过程中发生锂化反应而引起的应力不集中问题，在充放电循环过程中不容易出现裂纹，甚至断裂、粉化等问题。因此，包含该富锂正极材料的正极不容易发生粉化，具有很好的结构稳定性。
[0014]第四方面，本申请提供一种二次电池，所述二次电池包括上述正极。
[0015]上述正极含有本申请实施例的富锂正极材料，具有不容易粉化，结构稳定性好的优点，因此包括上述正极的二次电池具有良好的循环性能。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本申请实施例中核壳结构的示意图。
[0018]附图标记：
[0019]01
‑
内核，02
‑
中间缓冲层，03
‑
壳层。
具体实施方式
[0020]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0021]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0022]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a
‑
b(即a和b),a
‑
c,b
‑
c,或a
‑
b
‑
c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0023]应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0024]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制
本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0025]本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
[0026]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富锂正极材料，其特征在于，包括富锂金属氧化物，至少部分所述富锂金属氧化物的锂位上掺杂有金属元素M，所述金属元素M包括IB至VIIIB族元素、IIA族元素、IIIA族元素、IVA族元素、VA族元素中的一种或多种；至少部分所述富锂金属氧化物的氧位上掺杂有准金属元素。2.根据权利要求1所述富锂正极材料，其特征在于，所述富锂金属氧化物的化学式包括[Li
2+x
M
y
]M
0a
O2–
z
A
z
，
‑
0.2≤x≤0.2，0≤y＜1，0＜a＜1，0≤z＜2，其中所述M0包括过渡金属，所述A为所述氧位上掺杂的准金属元素；和/或，所述金属元素M包括Zr、Cu、Mg、Fe、Mn、Zn、Co、Cr、V、Mo、W、Ti、Al中的一种或多种元素；和/或，所述准金属元素包括B、Si、Te、As、Ge中的一种或多种；和/或，所述金属元素M与所述准金属元素的质量比为1：(0.1～1)；和/或，所述金属元素M与所述准金属元素二者在所述富锂正极材料中的总质量含量为0.1％～6％。3.根据权利要求1或2所述富锂正极材料，其特征在于，所述富锂正极材料具有核壳结构，包括内核和壳层，其中所述内核和所述壳层分别独立地包括所述富锂金属氧化物；所述金属元素M分布在所述内核中、所述壳层中以及所述壳层表面；所述准金属元素分布在所述内核中和/或所述壳层中。4.根据权利要求3所述富锂正极材料，其特征在于，所述富锂正极材料还包括位于所述内核和所述壳层之间的中间缓冲层；和/或，所述壳层包括锂离子导体层，所述锂离子导体层原位结合于所述富锂正极材料的外表面；和/或，所述内核与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张莉，万远鑫，孔令涌，谭旗清，陈心怡，裴现一男，蒋鑫，张顺心，戴浩文，
申请(专利权)人：曲靖德方创界新能源科技有限公司佛山市德方创界新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：