一种单晶正极材料及其制备方法技术

本申请提供了一种单晶正极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种单晶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
，尤其涉及一种单晶正极材料及其制备方法
、
锂离子电池
。

技术介绍

[0002]随着新能源产业的发展，锂离子电池也随之得以大力发展，产业化应用也越来越广
。
锂离子电池是一类由正极
、
负极和非水电解质溶液组成的电池
。
其中，设置于正极侧的正极材料的性能对于锂离子电池的倍率
、
能量密度
、
使用寿命等性能有着至关重要的影响
。
[0003]锂离子电池的正极材料包括单晶正极材料和多晶正极材料
。
因多晶正极材料中存在大量脆弱的晶界，所以在其参与锂离子电池充电
‑
放电时，材料各向异性的膨胀收缩容易引起多晶正极材料出现明显开裂
、
分化等现象，进而使之出现容量衰减以及安全隐患的问题
。
[0004]为此，单晶正极材料的使用比重正在逐渐上升
。
相对于多晶正极材料，单晶正极材料具备尺寸相对较小的特性，但小尺寸的正极材料的压实性能不如大尺寸正极材料的压实性能
。
而当增加单晶正极材料的尺寸以提升其压实性能，却又导致容量等电化学性能的下降
。
由此当前单晶正极材料存在压实性能和容量性能难以兼顾的问题
。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种单晶正极材料及其制备方法
、<br/>锂离子电池，用以提供一种压实性能和容量密度俱佳的单晶正极材料
。
[0006]第一方面
、
本申请实施例提供一种单晶正极材料，所述单晶正极材料为颗粒物，所述颗粒物包括内层材料和所述内层材料的包覆层；所述包覆层包括快离子导体；其中，
[0007]所述颗粒物包括平均粒径
F1为
1.0
‑
2.0
μ
m
的第一颗粒和平均粒径
F2为
2.5
‑
6.0
μ
m
的第二颗粒，所述第一颗粒的包覆层的平均厚度
T1小于所述第二颗粒的包覆层的平均厚度
T2；
[0008]所述包覆层包括快离子导体，所述内层材料的分子表达式为：
Li
1+a
[Ni
x
Co
y
M
z
Q
b
]O2±
c
A
d
，
0≤a&lt;0.20
，
0.60≤x&lt;1.0
，
0&lt;y&lt;0.30
，
0&lt;z&lt;0.30
，
0≤b&lt;0.20
，
c≤0.02
，
0≤d≤0.05
，且
x+y+z+b
＝1，
M
为
Mn
和
/
或
Al
，
Q
选自：
Zr、Mg、Ti、Te、Ca、Sr、Sb、Nb、Pb、V、Ge、Se、W、Mo、Zn、Ce
和
Y
中的至少一种，
A
选自：
F、Cl
和
S
中的至少一种
。
[0009]一种可能的实施方式，所述快离子导体包括金属锂化物和
/
或非金属锂化物
。
[0010]一种可能的实施方式，所述单晶正极材料由含第一内层材料与第二内层材料的混合物共烧结得到；其中，所述第一内层材料的颗粒表面的残碱含量低于所述第二内层材料的颗粒表面的残碱含量
。
[0011]一种可能的实施方式，
F2‑
F1≥0.6
μ
m。
[0012]一种可能的实施方式，所述金属锂化物包括磷酸铁锂
、
钴酸锂
、
镍钴锰酸锂
、
锰酸锂
、
镍酸锂
、
钛酸锂
、
磷酸钛铝锂
、
钛酸镧锂
、
钽酸镧锂
、
磷酸锗铝锂
、
锂镧锆氧
、
镧锆铝锂氧
、
铌掺杂锂镧锆氧和钽掺杂锂镧锆氧中的至少一种；所述非金属锂化物包括硼锂化合物
、
硫
锂化合物和磷锂化合物中的至少一种
。
[0013]一种可能的实施方式，所述包覆层的厚度为5‑
100nm。
[0014]一种可能的实施方式，
T1≥5nm
，且
T2‑
T1≥10nm。
[0015]一种可能的实施方式，
T1＜
20nm
，
10nm≤T2＜
100nm。
[0016]一种可能的实施方式，
8nm≤T1＜
15nm。
[0017]一种可能的实施方式，
20nm≤T2＜
50nm。
[0018]一种可能的实施方式，其中，
m
为预设系数，
0.4≤m≤0.6
，
B1和
B2分别为所述第一颗粒和所述第二颗粒的比表面积
。
[0019]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单晶正极材料的方法，包括：
[0020]对含第一正极材料和第二正极材料的混合物进行包覆烧结，得到所述单晶正极材料；其中，
[0021]所述第一正极材料和所述第二正极材料之间的质量比为
2:3
‑
3:2
；所述第一正极材料的平均粒径为
1.0
‑
2.0
μ
m
，所述第二正极材料的平均粒径为
2.5
‑
6.0
μ
m
；所述第二正极材料表面的残碱含量与所述第一正极材料表面的残碱含量之差大于
500ppm
；
[0022]所述第一正极材料和第二正极材料的分子表达式为
Li
1+a
[Ni
x
Co
y
M
z
Q
b
]O2±
c
A
d
，
0≤a&lt;0.20
，
0.60≤x&lt;1.0
，
0&lt;y&lt;0.30
，
0&lt;z&lt;0.30
，
0≤b&本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种单晶正极材料，其特征在于，所述单晶正极材料为颗粒物，所述颗粒物包括内层材料和所述内层材料的包覆层；其中，所述颗粒物包括平均粒径
F1为
1.0
‑
2.0
μ
m
的第一颗粒和平均粒径
F2为
2.5
‑
6.0
μ
m
的第二颗粒，所述第一颗粒的包覆层的平均厚度
T1小于所述第二颗粒的包覆层的平均厚度
T2；所述包覆层包括快离子导体，所述内层材料的分子表达式为：
Li
1+a
[Ni
x
Co
y
M
z
Q
b
]O2±
c
A
d
，
0≤a&lt;0.20
，
0.60≤x&lt;1.0
，
0&lt;y&lt;0.30
，
0&lt;z&lt;0.30
，
0≤b&lt;0.20
，
c≤0.02
，
0≤d≤0.05
，且
x+y+z+b
＝1，
M
为
Mn
和
/
或
Al
，
Q
选自：
Zr、Mg、Ti、Te、Ca、Sr、Sb、Nb、Pb、V、Ge、Se、W、Mo、Zn、Ce
和
Y
中的至少一种，
A
选自：
F、Cl
和
S
中的至少一种
。2.
如权利要求1所述的单晶正极材料，其特征在于，所述单晶正极材料由含第一内层材料与第二内层材料的混合物共烧结得到；其中，所述第一内层材料的颗粒表面的残碱含量低于所述第二内层材料的颗粒表面的残碱含量
。3.
如权利要求1所述的单晶正极材料，其特征在于，
F2‑
F1≥0.6
μ
m。4.
如权利要求1所述的单晶正极材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为5‑
100nm。5.
如权利要求1‑4任一项所述的单晶正极材料，其特征在于，
T1≥5nm
，且
T2‑
T1≥10nm。6.
如权利要求5所述的单晶正极材料，其特征在于，
T1＜
20nm
，
10nm≤T2＜
100nm。7.
如权利要求5所述的单晶正极材料，其特征在于，
8nm≤T1＜
15nm
；
20nm≤T2＜
50nm。8.
如权利要求1所述的单晶正极材料，其特征在于，其中，
m
为预设系数，
0.4≤m≤0.6
，
B1和
B2分别为所述第一颗粒和所述第二颗粒的比表面积
。9.
一种制备权利要求1‑8任一项所述单晶正极材料的方法，其特征在于，包括：对含第一正极材料和第二正极材料的混合物进行包覆烧结，得到所述单晶正极材料；其中，所述第一正极材料和所述第二正极材料之间的质量比为
2:3
‑
3:2
；所述第一正极材料的平均粒径为
1.0
‑
2.0
μ
m
，所述第二正极材料的平均粒径为
2.5
‑
6.0

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓笑，上官会会，于建，袁徐俊，
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：