一种正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，用以提升当前磷酸锰铁锂正极材料的循环稳定性，进而提升相应锂离子电池的循环稳定性以及安全性能。该正极材料的分子表达式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本申请涉及二次电池正极材料
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着磷酸铁锂材料的发展，其作为锂离子电池在新能源汽车等领域的应用显著攀升。为克服磷酸铁锂材料能量密度性能的不足，以进一步支持用户对锂离子电池的需求，磷酸锰铁锂应运而生。
[0003]较之磷酸铁锂材料，磷酸锰铁锂材料的理论能量密度提升20％，但同时，磷酸锰铁锂因充电
‑
放电过程中的晶格畸变，所以表现出低循环稳定性。因此，当前磷酸锰铁锂材料的循环稳定性有待于提高。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，用以提升当前磷酸锰铁锂正极材料的循环稳定性，进而提升相应锂离子电池的循环稳定性以及安全性能。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，所述正极材料的分子表达式为Li
a
Mn
b
Fe
c
H
d
Q
e
Z
f
PO4，H选自：Sr、Nb和Mo中的至少一种，Q选自：Zr、Ti和Cr中的至少一种，Z选自：Si和/或Al，0.95≤a≤1.1，0＜b≤1，0＜c≤1，0＜d≤0.01,0＜e≤0.01,0＜f≤0.01,0.95≤b+c+d+e+f≤1.05；其中，
[0006]所述正极材料为包含一次颗粒的二次颗粒，所述一次颗粒的表面Z元素的质量分数大于或等于0.7wt％，所述一次颗粒的表面H元素的质量分数大于或等于2.8wt％。
[0007]一种可能的实施方式，所述一次颗粒的表面所述Z元素的含量小于或等于0.9wt％。
[0008]一种可能的实施方式，所述一次颗粒的表面所述Z元素的含量为0.8wt％。
[0009]一种可能的实施方式，所述一次颗粒的表面所述H元素的含量小于或等于3.2wt％。
[0010]一种可能的实施方式，所述一次颗粒的表面所述H元素的含量为3.1wt％。
[0011]一种可能的实施方式，所述一次颗粒与所述一次颗粒之间含碳；所述碳与所述正极材料之间的质量比为0.5％
‑
3.0％。
[0012]一种可能的实施方式，所述一次颗粒的内部所述H元素的含量为0。
[0013]一种可能的实施方式，所述H元素为Sr元素，则所述一次颗粒内部Sr元素的含量为0。
[0014]一种可能的实施方式，所述一次颗粒的表面所述H元素的含量大于所述Z元素的含量，所述Z元素的含量大于所述Q元素的含量。
[0015]一种可能的实施方式，所述一次颗粒的表面所述Z元素的含量大于所述一次颗粒的内部所述Z元素的含量。
[0016]一种可能的实施方式，所述一次颗粒中，所述Z元素的含量由表面至中心处递减。
[0017]一种可能的实施方式，所述一次颗粒的表面包括：含所述Z元素和锂元素的盐、及所述Z元素的氧化物；其中，所述盐的含量大于所述氧化物的含量。
[0018]一种可能的实施方式，所述Z元素为Si元素；则所述一次颗粒表面Si元素的含量大于所述一次颗粒内部Si元素的含量。
[0019]一种可能的实施方式，所述Z元素为Si元素；则所述一次颗粒中，Si元素的含量由表面至中心处递减。
[0020]一种可能的实施方式，所述Z元素为Si元素；则所述一次颗粒的表面含硅酸锂和氧化硅；所述一次颗粒的XPS测试图谱中，所述硅酸锂的峰面积大于所述氧化硅的峰面积。
[0021]一种可能的实施方式，所述Z元素为Al元素；则所述一次颗粒的表面含偏铝酸锂和氧化铝；所述一次颗粒的XPS测试图谱中，所述偏铝酸锂的峰面积大于所述氧化铝的峰面积。
[0022]第二方面，本申请实施例提供一种制备第一方面及任一种可能的实施方式所述的正极材料的方法，包括：
[0023]将所述正极材料中除O元素、Z元素、H元素以外元素的源的混合物进行第一烧结，得到第一烧结产物；
[0024]对所述第一烧结产物、Z元素的源、H元素的源的混合物进行第二烧结，得到所述正极材料；
[0025]其中，所述第二烧结中，目标温度为570
‑
630℃，保温时间小于或等于3h，降温速率大于或等于10℃/min。
[0026]一种可能的实施方式，所述第二烧结包括N个升温速率不同的温度区间；其中，大于或等于400℃的所述温度区间的所述升温速率小于或等于3℃/min；N为大于1的整数。
[0027]一种可能的实施方式，所述第一烧结的目标温度为700
‑
800℃；所述第一烧结的烧结温度大于或等于500℃时，升温速率小于或等于3℃/min。
[0028]第三方面、本申请实施例提供一种锂离子电池，包括：
[0029]第一方面及任一种可能的实施方式所述的正极材料。
[0030]本申请实施例中所提供的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：
[0031]首先，本申请实施例所提供的正极材料为，一次颗粒表面含高含量Z元素(例如为Si元素)及高含量H元素(例如为Sr元素)的磷酸锰铁锂材料。由此既可以通过H元素增强一次颗粒和一次颗粒之间的晶界，抵抗一次颗粒以及含一次颗粒的二次颗粒在充电
‑
放电过程中因相变产生的应力，从而减少并缓解微裂纹的产生；还可以通过表面Z元素缓解电解液与正极材料之间的副反应。如此，在表面高含量的H元素以及Z元素的协同作用下，上述磷酸锰铁锂的循环稳定性得以显著提升。
[0032]其次，一次颗粒内部少量的Z元素可在一次颗粒中与O元素形成具备高键能的化学键；例如Z元素为Si元素，则可形成具备高键能的Si
‑
O键。由此可起到固氧的作用，缓解充电
‑
放电过程中正极材料晶相内晶格收缩膨胀，从而提升正极材料的循环稳定性。
[0033]复次，因Z元素可在一次颗粒表面形成含Z及Li元素的盐、及Z元素的氧化物。该盐位于颗粒表面有助于提升正极材料的离子电导率。例如，Z为Si元素，则相应的盐为硅酸锂，氧化物为氧化硅，则其中的硅酸锂可使正极材料的离子电导率得以提升。
[0034]本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的组成或结构来实现和获得。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0035]图1a为本申请实施例提供的一种含碳的二次颗粒的剖面SEM图；
[0036]图1b为本申请实施例提供的一种含碳的二次颗粒的剖面SEM图；
[0037]图2为本申请实施例提供的实施例1中正极材料的SEM图；
[0038]图3为本申请实施例提供的实施例1中正极材料的二次颗粒的局部SEM图；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，所述正极材料的分子表达式为Li
a
Mn
b
Fe
c
H
d
Q
e
Z
f
PO4，H选自：Sr、Nb和Mo中的至少一种，Q选自：Zr、Ti和Cr中的至少一种，Z选自：Si和/或Al，0.95≤a≤1.1，0＜b≤1，0＜c≤1，0＜d≤0.01,0＜e≤0.01,0＜f≤0.01,0.95≤b+c+d+e+f≤1.05；其中，所述正极材料为包含一次颗粒的二次颗粒，所述一次颗粒的表面Z元素的质量分数大于或等于0.7wt％，所述一次颗粒的表面H元素的质量分数大于或等于2.8wt％。2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述一次颗粒与所述一次颗粒之间含碳；所述碳与所述正极材料之间的质量比为0.5％
‑
3.0％。3.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述一次颗粒的内部所述H元素的含量为0。4.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述一次颗粒的表面所述H元素的含量大于所述Z元素的含量，所述Z元素的含量大于所述Q元素的含量。5.如权利要求1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王裕生，王雪莹，尹充，彭晓曦，刘毅，田怀远，武增雪，严旭丰，孙伟丽，刘瑞，李琮熙，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：