【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于正极材料，具体涉及一种高倍率单晶镍钴锰三元正极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
1、近年来，锂离子电池凭借比能量高、环保性好、稳定性好等优点，被大规模地运用到智能工具、储能、电动工具等领域。作为锂离子电池中的关键材料之一的正极材料在巨大的锂电市场背景下呈现出不可阻挡的发展势头。而层状镍钴锰复合三元正极材料具有成本低、放电容量高、循环性能好、热稳定性好、结构比较稳定等优点，已发展成为最具发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。
2、在动力市场中，高续航里程驱动下的高能量密度的锂离子电池是三元材料的主流发展方向，随着全球新能源汽车的快速变革，以及电车电池技术、汽车轻量化技术的快速发展，电动车续航里程有了很大的提升。但充电难、充电慢的“补能焦虑”依旧制约着电动车的发展。现有的充电技术需要等待40分钟甚至更久，所以提高补能效率是新能源汽车未来发展的关键。当前，市场关注的800v高压系统+超级快充，可以实现充电10分钟，续航300公里，能有效解决补能焦虑，有望成为快充主流路线。基于高压快充技术的优势，电芯端与电动汽车终端纷纷布局800v快充路线，并对材料端、充电桩、相关零部件等提出了更高的要求。而正极材料作为材料端的重要组成元素，也密切影响着高压快充体系的安全性及使用性能。快充体系要求正极材料端能保持颗粒水平上的化学和结构稳定性，表现出优异的安全性能，并具有优异的电子导电性及离子导电性，从而表现出较优的动力学性能，并能具备一定的成本优势。基于上述背景，单晶镍钴锰三元正极材料成为800v高压快充体系的首选材料
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种高倍率单晶镍钴锰三元正极材料及其制备方法和锂离子电池。本专利技术提供了高倍率单晶镍钴锰三元正极材料，该材料包括最外层橄榄石结构或尖晶石结构，内层为层状结构，能够显著提高三元单晶材料中锂离子的扩散系数，改善单晶正极材料倍率性能，降低正极材料dcr(即电池的直流内阻)，提高正极材料的循环性能。本专利技术所制成的三元正极材料组装成的锂离子电池，具有优异的快充性能以及良好的高温循环性能和低温放电性能。
2、为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一方面，本专利技术第一方面提供一种高倍率单晶镍钴锰三元正极材料，所述正极材料最外层为橄榄石结构或尖晶石结构，内层为层状结构；所述三元正极材料内层层状结构的化学式为linixcoymn1-x-ymbo2，0.3≤x≤1，0.02≤y≤0.3，0.001＜b≤0.04，m为掺杂元素；优选的，m选自zr、al、ce、sr、mg、ti、si、la、ba、ta、w、co、nb、cr、mo、ca、y、in、sn、f、p、b中的一种或几种；所述层状结构包括锂层和过渡金属层，其锂层间距且0.001≤do-li-o/d(003)≤0.01，其中，do-li-o是li原子与相邻两层的o原子之间的距离，o-li-o为锂层间距，晶面(003)为锂离子传输晶面，d(003)是指沿垂直于晶面(003)方向的晶粒尺寸。
4、所述锂层间距do-li-o和d(003)晶粒尺寸通过xrd射线衍射法测试及精修得到，其中，xrd测试的扫描范围为15°≤2θ≤80°，扫速为1.5°/min。d(003)利用highscore软件通过scherrer公式计算得到；do-li-o使用fullprof软件，使用rietveld全谱拟合精修法对xrd谱图进行精修，以r-3m空间群α-nafeo2作为精修的标准图谱，rwp值控制在10％以下，精修得到的晶格参数c，以及氧原子的位置zo，通过公式计算do-li-o＝(2/3-2zo)*c得到锂层间距。本专利技术中，所述最外层结构为橄榄石结构或尖晶石结构，其中橄榄石结构化学式为lixcopo4，尖晶石结构化学式为lixcoo2；x满足化合价配平，内层中锂层和过渡金属层交替分布。
5、优选地，外层结构厚度为2～50nm，内部层状结构为单晶颗粒，其单晶颗粒尺寸为1.0～3.0μm。
6、本专利技术第二方面提供了所述高倍率单晶镍钴锰三元正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
7、(1)按化学计量比将镍钴锰三元正极材料前驱体、锂源和含有元素m的化合物混合均匀；
8、(2)将步骤(1)的混合料在含氧气氛下，进行预烧结；
9、(3)将步骤(2)中预烧结的物料与钴源和锂盐混合均匀；
10、(4)将步骤(3)中的混合料在含氧气氛下，进行原位掺杂高温烧结，烧结后的物料进行破碎，过筛，得到所述高倍率单晶镍钴锰三元正极材料。优选的，步骤(1)所述三元正极前驱体化学式为nixcoymn1-x-y(oh)2，其中，0.3≤x＜1，0.02＜y≤0.3，d50为3μm～5μm。
11、优选地，步骤(1)所述锂源选自lioh·h2o或li2co3中的至少一种。
12、优选地，步骤(1)含有元素m的化合物选自zr、al、ce、sr、mg、ti、si、la、ba、ta、w、co、nb、cr、mo、ca、y、in、sn、f、p、b中的一种或几种，优选为zr、ti、al、y、w、nb元素的氧化物或金属盐。
13、优选地，步骤(1)中的化学比例为按照摩尔比li:(ni+co+mn)＝0.9～1.5:1。优选地，步骤(2)所述预烧结温度为500～850℃，预烧结的时间为4～12h，优选为6～8h；
14、优选地，步骤(2)所述烧结气氛为氧化气氛，选自空气、氧气或臭氧的一种或多种。
15、优选地，步骤(3)所述钴源，选自co3(bo3)2、coco3、co(no3)2、co(no3)4、cof2、cof3、coo、coo2、co3o4、con、co2n、coh和co3h中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述co钴源中co元素的摩尔量与预烧结物料的摩尔比为0.001～0.04，所述锂源加入量与co钴源的摩尔比为0.9～1.2：1。优选地，步骤(3)所述锂源，选自lioh·h2o、li2co3和lih2po4中的一种或至少两种的组合。...
【技术保护点】
1.一种高倍率单晶镍钴锰三元正极材料，所述正极材料最外层为橄榄石结构或尖晶石结构，内层为层状结构；所述三元正极材料内层层状结构的化学式为LiNixCoyMn1-x-yMbO2，0.3≤x≤1，0.02≤y≤0.3，0.001＜b≤0.04，
2.如权利要求1所述的高倍率单晶镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述最外层结构厚度为2～50nm，内部层状结构为单晶颗粒，其单晶颗粒尺寸为1.0～3.0μm。
3.如权利要求1或2所述的高倍率单晶镍钴锰三元正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述三元正极前驱体化学式为NixCoyMn1-x-y(OH)2，其中，0.3≤x＜1，0.02＜y≤0.3，D50为3μm～5μm。
5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂源选自LiOH·H2O或Li2CO3中的至少一种；和/或，步骤(1)含有元素M的化合物选自Zr、Al、Ce、Sr、Mg、Ti、Si、La、Ba、Ta、W、Co、Nb、Cr、Mo、Ca、Y、In、Sn、F
6.如权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述预烧结温度为500～850℃，预烧结的时间为4～12h，优选为6～8h；和/或，步骤(2)所述烧结气氛为氧化气氛，选自空气、氧气或臭氧的一种或多种。
7.如权利要求3-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述钴源，选自Co3(BO3)2、CoCO3、Co(NO3)2、Co(NO3)4、CoF2、CoF3、CoO、CoO2、Co3O4、CoN、Co2N、CoH和Co3H中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述Co钴源中Co元素的摩尔量与预烧结物料的摩尔比为0.001～0.04，所述锂源加入量与Co钴源的摩尔比为0.9～1.2：1；和/或，步骤(3)所述锂源，选自LiOH·H2O、Li2CO3和LiH2PO4中的一种或至少两种的组合。
8.如权利要求3-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述原位掺杂高温烧结温度为800～1000℃，原位掺杂高温烧结的时间为4～12h，优选为6～8h；和/或，步骤(4)所述烧结气氛为氧化气氛，选自空气、氧气或臭氧的一种或多种。
9.一种二次电池，所述二次电池的正极中包括如权利要求1-2任一项所述的高倍率单晶镍钴锰三元正极材料或如权利要求3-8任一项所述的制备方法制备的高倍率单晶镍钴锰三元正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种高倍率单晶镍钴锰三元正极材料，所述正极材料最外层为橄榄石结构或尖晶石结构，内层为层状结构；所述三元正极材料内层层状结构的化学式为linixcoymn1-x-ymbo2，0.3≤x≤1，0.02≤y≤0.3，0.001＜b≤0.04，
2.如权利要求1所述的高倍率单晶镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述最外层结构厚度为2～50nm，内部层状结构为单晶颗粒，其单晶颗粒尺寸为1.0～3.0μm。
3.如权利要求1或2所述的高倍率单晶镍钴锰三元正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述三元正极前驱体化学式为nixcoymn1-x-y(oh)2，其中，0.3≤x＜1，0.02＜y≤0.3，d50为3μm～5μm。
5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂源选自lioh·h2o或li2co3中的至少一种；和/或，步骤(1)含有元素m的化合物选自zr、al、ce、sr、mg、ti、si、la、ba、ta、w、co、nb、cr、mo、ca、y、in、sn、f、p、b中的一种或几种，优选为zr、ti、al、y、w、nb元素的氧化物或金属盐；和/或，步骤(1)中的化学比例为按照摩尔比li:(ni+co+mn)＝0.9～1.5:1。
...【专利技术属性】
技术研发人员：马晓晨，王晓江，王霞霞，王丽萍，李心雨，包义波，徐袁，
申请(专利权)人：万华化学烟台电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。