一种正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本申请提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池
。

技术介绍

[0002]镍钴锰三元正极材料因具有较高的比容量电压平台，成为高能量密度动力电池体系中正极材料的首选
。
目前，为了满足长循环和高安全性能的需求，三元正极材料单晶化的应用越来越广泛
。
然而，随着钴资源的稀缺导致的原材料成本增加，使得越来越多的正极材料厂商选择开发低钴的单晶三元正极材料
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，其中
y≤0.1。
但是钴含量下降会导致烧结过程中传热不均匀以及烧结后正极材料的导电性偏低，这一方面会引起锂离子在晶格中的迁移势垒增加以及电子在颗粒间的传输受阻，从而带来严重的反应动力学迟滞问题，影响正极材料的容量发挥以及初始阻抗；另一方面钴含量的降低也会导致晶体结构稳定性变差，影响循环稳定性，导致循环过程的
DCR
快速增长，进而导致电池升温加剧
。
[0003]当前，常用的改善单晶正极材料阻抗的方法主要是：通过在正极材料表面包覆一层离子和电子电导较好的化合物，如包覆含钴的化合物能提高材料的电子电导；包覆高稳定性的快离子导体能提升离子电导并改善循环，进而降低材料内阻
。
然而，使用常规的固相或液相包覆方式，对正极材料在电池中的改善效果有限，仅是在颗粒表面包覆一层物质，改善的是颗粒自身的离子或电子电导效果，没有考虑到正极材料颗粒在电池极片中的相互影响
。
尤其，对于单晶材料来说，在制作成极片时，由于单晶形貌特殊，颗粒与颗粒之间的接触正常情况下都是点接触，然后再通过导电剂和电解液来解决电子和锂离子的传导问题
。
[0004]显然，电子在单晶颗粒之间点对点的传输效率较低，对正极材料内阻的改善效果达到瓶颈
。
因此，需要对单晶颗粒表面的包覆物形态结构进行设计和调控，以改善颗粒间的接触效果，从而打破目前对正极材料电子电导改善的瓶颈
。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池，通过对单晶颗粒表面进行包覆改性，形成具有岛状凸起的结构，一方面改善了正极极片中颗粒之间的相互接触效果，极大地提升了颗粒间的离子
、
电子传输效率，另一方面包覆层改善了正极材料本体的离子电导和电子电导，对降低正极材料的初始内阻有显著效果
。
[0006]为实现以上目的，本申请的技术方案如下：
[0007]第一方面，本申请提供一种正极材料，包括内核和包覆于所述内核表面的包覆层，所述内核为单晶三元基体，所述包覆层包括岛状凸起包覆层
。
[0008]结合第一方面，在本申请的一些实施方式中，所述正极材料满足以下条件中的至少一个：
[0009]A.
所述正极材料的化学通式为
Li
a
Ni
b
Co
c
M
d
P
e
Q
f
O2，其中，
M
为
Mn
或
Al
，
P
为掺杂元素，
Q
为包覆元素，所述
P
和
Q
包括
Mg、Sr、Ba、B、Al、Y、Zr、Ti、Nb、Mo、W
中的至少一种，
0.95≤a≤
1.05
，
0.5≤b
＜1，0＜
c≤0.1
，0＜
d≤0.3
，
0≤e≤0.2
，
0≤f≤0.2
；
[0010]B.
所述岛状凸起包覆层的包覆率
n
为
15
％
‑
65
％；
[0011]C.
将所述正极材料的颗粒进行体积分布时，所述体积分布为单峰分布，
2.5
μ
m≤D50≤4.5
μ
m
，
0.9≤(D90
‑
D10)/D50≤1.4
；
[0012]D.
将所述正极材料的颗粒进行数量分布时，所述数量分布为双峰分布，所述双峰对应的粒度值分别为
D1、D2，
0.2
μ
m≤D1≤1.0
μ
m
，
1.5
μ
m≤D2≤4.5
μ
m
，所述
D1、D2对应的数量百分数分别为
F1、F2
，
0≤F1/F2≤4
；
[0013]E.
所述正极材料的初始阻抗参数
P
满足：其中，0＜
P
＜6，
σ
为所述正极材料的粉末电导率，
S
为所述正极材料的比表面积，
T
为所述正极材料的振实密度，
W
为所述正极材料中的碳酸根含量
。
[0014]在一些优选实施方式中，所述正极材料还满足以下条件中的至少一个：
[0015]F.
所述包覆率
n
＝
s1/s0，其中，
s0为进行包覆前的单晶颗粒的平均表面积，
s1为进行包覆后单晶颗粒表面的所述凸起包覆层的平均表面积；
[0016]G.
所述
σ
满足
50
μ
S/cm≤
σ
≤800
μ
S/cm
；
[0017]H.
所述
S
满足
0.5m2/g≤S≤1.0m2/g
；
[0018]I.
所述
T
满足
1.2g/cm3≤T≤2.4g/cm3；
[0019]J.
所述
W
满足
0.001
％
≤W≤0.3
％；
[0020]K.
所述
P
满足
1.5
＜
P
＜
6。
[0021]结合第一方面，在本申请的一些实施方式中，所述包覆层还包括光滑包覆层，所述光滑包覆层包括离子导体化合物，所述岛状凸起包覆层包括含钴化合物
。
[0022]第二方面，本申请提供了一种正极材料的制备方法，包括：
[0023]将正极前驱体
、
锂盐
、
掺杂剂混合
、
烧结，得到单晶三元基体；
[0024]将所述单晶三元基体与包覆剂混合，进行包覆热处理，冷却后再进行退火热处理，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种正极材料，其特征在于，包括内核和包覆于所述内核表面的包覆层，所述内核为单晶三元基体，所述包覆层包括岛状凸起包覆层
。2.
如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：
A.
所述正极材料的化学通式为
Li
a
Ni
b
Co
c
M
d
P
e
Q
f
O2，其中，
M
为
Mn
或
Al
，
P
和
Q
均为掺杂包覆改性元素，所述
P
和
Q
包括
Mg、Sr、Ba、B、Al、Y、Zr、Ti、Nb、Mo、W
元素中的至少一种，
0.95≤a≤1.05
，
0.5≤b
＜1，0＜
c≤0.1
，0＜
d≤0.3
，
0≤e≤0.2
，
0≤f≤0.2
；
B.
所述岛状凸起包覆层的包覆率
n
为
15
％
‑
65
％；
C.
将所述正极材料的颗粒进行体积分布时，所述体积分布为单峰分布，
2.5
μ
m≤D50≤4.5
μ
m
，
0.9≤(D90
‑
D10)/D50≤1.4
；
D.
将所述正极材料的颗粒进行数量分布时，所述数量分布为双峰分布，所述双峰对应的粒度值分别为
D1、D2，
0.2
μ
m≤D1≤1.0
μ
m
，
1.5
μ
m≤D2≤4.5
μ
m
，所述
D1、D2对应的数量百分数分别为
F1、F2
，
0≤F1/F2≤4
；
E.
所述正极材料的初始阻抗参数
P
满足：其中，0＜
P
＜6，
σ
为所述正极材料的粉末电导率，
S
为所述正极材料的比表面积，
T
为所述正极材料的振实密度，
W
为所述正极材料中的碳酸根含量
。3.
如权利要求2所述的正极材料，其特征在于，还满足以下条件中的至少一个：
F.
所述包覆率
n
＝
s1/s0，其中，
s0为进行包覆前的单晶颗粒的平均表面积，
s1为进行包覆后单晶颗粒表面的所述凸起包覆层的平均表面积；
G.
所述
σ
满足
50
μ
S/cm≤
σ
≤800
μ
S/cm
；
H.
所述
S
满足
0.5m2/g≤S≤1.0m2/g
；
I.
所述
T
满足
1.2g/cm3≤T≤2.4g/cm3；
J.
所述
W
满足
0.001
％
≤W≤0.3
％；
K.
所述
P
满足3＜
P
＜
6。4.
如权利要求1‑3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层还包括光滑包覆层，所述光滑包覆层包括离子导体化合物，所述岛状凸起包覆层包括含钴化合物
。5.
一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将正极前驱体
、
锂盐
、
掺杂剂混合
、
烧结，得到单晶三元基体；将所述单晶三元基体与包覆剂混合，进行包覆热处理，冷却后再进行退火热处理，得到内核为所述单晶三元基体
、
外层含有包覆层的正极材料；所述包覆层包括岛状凸起包覆层
。6.
如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一个：
(1).
所述正极前驱体的化学通式为
Ni
x
Co
y
M1‑
x
‑
y
(OH)2，其中，
0.5≤x
＜1，0＜
y≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹亚，郑玉，刘国学，莫岩，吴小珍，杨顺毅，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：