【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种多晶正极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子（li+）电池是一种二次电池，它主要依靠li+在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，li+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。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，含锂正极材料是现代高性能电池的代表。
2、在锂离子电池及其正极材料的研发和制备过程中，一次颗粒会相互融合变大，从而造成内部大空隙残留，导致其循环倍率和稳定性低的问题，因此如何提高循环倍率和稳定性低一直是业内学者追求的目标。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种多晶正极材料及其制备方法、锂离子电池，通过在加压氧气使细小一次颗粒更加聚集，从而使孔隙率减少，促进多晶正极材料呈高致密状态，提高多晶正极材料的压实密度，从而提高了多晶正极材料的倍率性能，并且进一步提高其稳定性。
2、为此，本专利技术的第一目的在于提供一种多晶正极材料；
3、本专利技术的第二目的在于提供一种多晶正极材料的制备方法；
4、本专利技术的第三目的在于提供一种锂离子电池；
5、为实现本专利技术的第一目的，本专利技术提供一种多晶正极材料，多晶正极材料包括：核层，核层包括li、ni、掺杂元素组成的氧化物；包覆层，包覆层包覆核层的至少部分表面，且包覆层包括li、掺杂元素和包覆元素l组成的氧化物；其中，掺杂元素包括重质掺杂元素a和
6、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本申请的多晶正极材料包括核层与包覆层，核层包括li、ni、掺杂元素组成的氧化物，在锂离子电池充放电过程中，伴随着li离子在正极材料中的脱嵌，li离子具有较高的能量密度、功率密度，较好的循环性能及可靠的安全性能；ni含量越高，材料容量越高，电池性能越好；掺杂元素包括重质掺杂元素a和轻质掺杂元素d，以元素相对分子质量为40（钙元素）为界限，当相对分子质量小于钙元素时，则为轻质掺杂元素d，当相对分子质量大于钙元素时，则为重质掺杂元素a；轻质掺杂元素d包括f、na、mg、al、ca中的至少一种；重质掺杂元素a包括ti、mo、w、ta中的至少一种。
7、掺杂剂的氧化态越高其改善循环性能越好，其促使高取向，细长的微观结构即径向结构的形成，能使正极材料保持完整性，抑制阻抗的增加，提高循环性；因此在多晶正极材料制备过程中，需要保持径向结构就需要阻碍一次颗粒相互融合，目前所采用的方法是通过掺杂w、mo、nb、ta等重质元素，其不容易进入一次颗粒内，故在外表面形成包覆层，阻碍一次颗粒相互融合，因此保持径向结构；
8、而本申请通过同时掺杂重质掺杂元素a和轻质掺杂元素d，能减少普遍较贵的重质元素掺杂剂占比，减轻材料密度，从而提高相同压实密度下材料放电容量，同时降低生产成本；轻质掺杂元素d能够改善多晶正极材料的结构稳定性，有利于锂离子向外扩散，降低内阻；重质掺杂元素a起到阻碍一次颗粒熔融，晶粒细化效果，配合加压氧气烧结，实现表面微掺，协同改善二次颗粒的形貌，从而达到梯度掺杂。
9、包覆元素l包括li、al、w、ti、zr、sr、b、f中的至少一种；在包覆层中，掺杂元素是核层中的掺杂元素向外扩散所得，改善包覆效果，减少包覆剂用料。
10、由于在加压氧气的气氛下进行制备，有利于降低多晶正极材料的横截面孔隙和提高颗粒强度，当多晶正极材料的横截面孔隙率的范围在0.3%-3%之间，孔隙率减少，从而可以促进多晶正极材料进入高致密状态，从而提高材料压实密度。
11、在本专利技术的一个技术方案中，核层与包覆层的形貌包括一次颗粒聚集而成的二次颗粒；且一次颗粒与二次颗粒具有径向结构；其中，在核层中，轻质掺杂元素d分布在一次颗粒内；重质掺杂元素a分布在一次颗粒外表面；且重质掺杂元素a在一次颗粒外表面向一次颗粒内部渗透2nm-20nm。
12、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：一次颗粒指的是不规则的小颗粒，也称单晶；二次颗粒由一次颗粒堆砌得到，也称多晶；在本专利技术提供的技术方案中，核层与包覆层是多晶材料；在核层中，轻质掺杂元素d分布在一次颗粒内；重质掺杂元素a分布在一次颗粒外表面，通过重质掺杂元素a与轻质掺杂元素d充当柱离子，可以强化材料微表面结构，提高材料稳定性，且重质掺杂元素a在一次颗粒外表面向一次颗粒内部渗透2nm-20nm。
13、在本专利技术的一个技术方案中，一次颗粒的长宽比范围在1-3之间；和/或一次颗粒的平均晶粒尺寸的范围为不超过100nm2；和/或二次颗粒中的ni3+占比不低于98%；和/或二次颗粒中的氧空位占比不超过1%。
14、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：掺杂剂的氧化态越高其改善循环性能越好，其促使高取向，细长的微观结构即径向结构的形成，能使正极材料保持完整性，抑制阻抗的增加，提高循环性，因此当一次颗粒的长宽比范围在1-3之间，限定了一次颗粒为径向结构，多晶正极材料的性能最好；并且由于一次颗粒的平均晶粒尺寸的范围不超过100nm，可以得到一次颗粒之间更加聚集，孔隙率减少，促进高致密状态，从而提高材料压实密度；二次颗粒中的ni3+占比不低于98%，由此正极材料中的ni含量高，从而材料容量越高。二次颗粒中的氧空位占比不超过1%，一方面锂离子能够借用氧空位，实现快速传输，提升材料倍率性能；但是由于氧空位没有离子占据，若出现过多的氧空位，则会降低材料结构稳定性，容易发生晶界滑移，造成晶内裂纹，从而降低材料电化学性能，因此落入上述范围内，产品性能最优。
15、在本专利技术的一个技术方案中，在核层中，掺杂元素在多晶正极材料中的含量不超过2wt.%；和/或在核层中，轻质掺杂元素d在掺杂元素的含量不低于80wt.%；和/或包覆层的厚度为1nm-100nm；和/或在包覆层中，重质掺杂元素a的质量占比不超过5wt.%；和/或在包覆层中，轻质掺杂元素d的质量占比为1wt.%-10wt.%。
16、与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：在核层中，掺杂元素在多晶正极材料中的含量不超过2wt.%，轻质掺杂元素d在掺杂元素的总质量占比不低于80%，由于轻质掺杂元素d的原子半径小，价态低，受到的静电斥力较小，更容易进入到一次颗粒内部；而重质掺杂元素a正相反；同时本申请为了得到产品的径向特征结构，需要高的重质掺杂元素a占比，但是由于其不容易进入一次颗粒内部，因此在其表面富集，阻碍一次颗粒相互吞并变大，从而得到径向结构；并且本申请通过高氧氧气替代重质掺杂元素a在一次颗粒表面附着，所以轻质掺杂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多晶正极材料，其特征在于，所述多晶正极材料包括：
2.根据权利要求1所述的多晶正极材料，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的多晶正极材料，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的多晶正极材料，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的多晶正极材料，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的多晶正极材料，其特征在于，
7.一种多晶正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1-6任一项所述的多晶正极材料，所述制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
10.一种锂离子电池，其特征在于，包含如权利要求1-6任一项所述的多晶正极材料。
【技术特征摘要】
1.一种多晶正极材料，其特征在于，所述多晶正极材料包括：
2.根据权利要求1所述的多晶正极材料，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的多晶正极材料，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的多晶正极材料，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的多晶正极材料，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的多晶正极材料，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓明，高爽，胡平平，花彬昌，张媛媛，刘志远，
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：
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