【技术实现步骤摘要】
本申请涉及锂离子电池材料，尤其涉及一种正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前市场上锂离子正极材料的种类很多，钴酸锂（licoo2）是其中的一种。licoo2具有电化学性能好、储能特性好、生产工艺成熟等优点，成为当前消费电子领域锂离子电池正极材料的主流。
2、但是，传统的licoo2正极材料在高电压下可能发生结构相变，其晶格急剧收缩，锂离子传输动力学变差，电池内阻急剧增加，导致licoo2在循环过程中出现容量衰减和产气等问题。而且，当进一步提高充电电压时，licoo2正极材料的晶格氧参与电荷补偿并发生氧化，高活性的氧自由基在高电压下与电解液反应，加剧了界面副反应和氧气（o2）析出，造成电池的容量衰减和产气膨胀等安全问题进一步恶化。
3、为此，亟待提供一种新型的正极材料，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种正极材料及其制备方法和应用，该正极材料在内核表面原位包覆了一层均匀的无定形掺杂型尖晶石镍锰酸锂，该掺杂型尖晶石镍锰酸锂可耐高电压，并具有较低的锂离子扩散势垒和较高的离子电导率，这样应用于锂离子电池中，在保证锂离子电池容量不损失的前提下，可以显著提高在高电压下的寿命、提高高脱锂态下钴酸锂的表面稳定性和倍率性能，实现高容量和长循环寿命。
2、为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：
3、第一方面，提供一种正极材料，该正极材料，包括：内核和包覆层；内核包括第一元素、第二元素和第三元素，第一元素构成第一子层，
4、本申请实施例提供一种正极材料，在内核的表面原位包覆了一层均匀的无定形掺杂型尖晶石镍锰酸锂，使掺杂型尖晶石镍锰酸锂层包裹的内核材料可耐高电压（例如，大于4.7v以上的电压），并具有较低的锂离子扩散势垒和较高的离子电导率，从而应用于锂离子电池中时，在保证锂离子电池容量不损失的前提下，可以显著提高在高电压下的寿命、提高高脱锂态下钴酸锂的表面稳定性和倍率性能，实现高容量和长循环寿命，进而提升了锂离子电池的安全性。
5、在第一方面一种可能的实现方式中，该正极材料，包括：licoo2内核和包覆层；licoo2内核具有li元素、o元素和co元素，li层、o层和co层构成有序层状结构；掺杂型尖晶石镍锰酸锂包覆层包覆整个licoo2内核，掺杂型尖晶石镍锰酸锂层中掺杂型尖晶石镍锰酸锂的化学式为li(nixmnymz)2o4；其中，m代表金属元素，x+y+z=1，0.1<x<0.3，0.5<y<0.8，0≤z<0.2。
6、在该实现方式中，在钴酸锂表面原位包覆有一层均匀的无定形掺杂型尖晶石镍锰酸锂，使掺杂型尖晶石镍锰酸锂层包裹的licoo2材料可耐高电压（例如，大于4.7v以上的电压），并具有较低的锂离子扩散势垒和较高的离子电导率，从而应用于锂离子电池中时，在保证锂离子电池容量不损失的前提下，可以显著提高在高电压下的寿命、提高高脱锂态下钴酸锂的表面稳定性和倍率性能，实现高容量和长循环寿命，进而提升了锂离子电池的安全性。
7、在第一方面一种可能的实现方式中，当0<z<0.2，m代表稀土金属元素，稀土金属元素为镧（la）、铈（ce）、镨（pr）、钕（nd）、钷（pm）、钐（sm）、铕（eu）、钆（gd）、铽（tb）、镝（dy）、钬（ho）、铒（er）、铥（tm）、镱（yb）、镥（lu）、钪（sc）和钇（y）等中的至少一种。
8、在该实现方式中，稀土金属源可以在制备反应中对尖晶石的能带结构做出一些改变，进而在锂离子电池循环时，能够对li+在脱嵌过程中起到更强的支撑作用，与周围o的键合作用更强，使结构更稳定，对循环有好处。
9、在第一方面一种可能的实现方式中，掺杂型尖晶石镍锰酸锂的粒径范围包括4nm~6nm。
10、在该实现方式中，通过设置掺杂型尖晶石镍锰酸锂的粒径不至于过大或过小，使掺杂型尖晶石镍锰酸锂的粒径d相比licoo2小很多，可以很好的包覆在钴酸锂颗粒表面，从而使掺杂型尖晶石镍锰酸锂层包裹的licoo2材料可耐高电压，并具有较低的锂离子扩散势垒和较高的离子电导率，从而应用于锂离子电池中，在保证锂离子电池容量不损失的前提下，可以显著提高在高电压下的寿命、提高高脱锂态下钴酸锂的表面稳定性和倍率性能，实现高容量和长循环寿命，进而提升了锂离子电池的安全性。
11、在第一方面一种可能的实现方式中，掺杂型尖晶石镍锰酸锂层的厚度范围包括0.5nm~10nm。
12、在该实现方式中，掺杂型尖晶石镍锰酸锂层的厚度不至于过厚或过薄，这样既不影响licoo2从内向外脱嵌的路径和传输效果，也使包覆层具有较好的包覆效果，从而使掺杂型尖晶石镍锰酸锂层包裹的licoo2材料可耐高电压，并具有较低的锂离子扩散势垒和较高的离子电导率，从而应用于锂离子电池中，在保证锂离子电池容量不损失的前提下，可以显著提高在高电压下的寿命、提高高脱锂态下钴酸锂的表面稳定性和倍率性能，实现高容量和长循环寿命，进而提升了锂离子电池的安全性。
13、在第一方面一种可能的实现方式中，掺杂型尖晶石镍锰酸锂为p4332晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂。
14、在该实现方式中，能够得到p4332晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂包覆层，从而使正极材料的应用范围十分广泛。
15、在第一方面一种可能的实现方式中，掺杂型尖晶石镍锰酸锂为fd-3m晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂。
16、在该实现方式中，能够得到fd-3m晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂包覆层，从而使正极材料的应用范围十分广泛。
17、在第一方面一种可能的实现方式中，掺杂型尖晶石镍锰酸锂包覆层均匀连续包覆整个licoo2内核。
18、在该实现方式中，掺杂型尖晶石镍锰酸锂层能够很好的包覆球状licoo2内核，包覆效果较好，从而使掺杂型尖晶石镍锰酸锂层包裹的licoo2材料可耐高电压，并具有较低的锂离子扩散势垒和较高的离子电导率，从而应用于锂离子电池中，在保证锂离子电池容量不损失的前提下，可以显著提高在高电压下的寿命、提高高脱锂态下钴酸锂的表面稳定性和倍率性能，实现高容量和长循环寿命，进而提升了锂离子电池的安全性。
19、在第一方面一种可能的实现方式中，正极材料还能是三元正极材料、富锂正极材料、钠电层状氧化物正极材料等。
20、在该实现方式中，能够在多种内核表面原位包覆一层均匀的无定形掺杂型尖晶石镍锰酸锂，从而使掺杂型尖晶石镍锰酸锂层包裹的多种内核材料均可耐高电压，并具有较低的锂离子扩散势垒和较高的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种正极材料，其特征在于，包括：内核和包覆层；
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述金属元素包括稀土金属元素。
3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述内核为钴酸锂，所述钴酸锂的化学式为LiCoO2；
4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂型尖晶石镍锰酸锂的粒径范围包括4nm~6nm；
5.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂型尖晶石镍锰酸锂包括P4332晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂、Fd-3m晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂中的至少一种。
6.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、电解液和隔离膜，所述正极极片包括如权利要求1至5中任一项所述的正极材料。
7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求6所述的锂离子电池。
8.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述内核为钴酸锂，所述钴酸锂的化学式为LiCoO2，在所述LiCoO2中，所述第一子层含有Li元素
10.根据权利要求9所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述在所述内核的表面形成包覆层包括：
11.根据权利要求10所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2.通入锂源和镍源，在所述钴酸锂原始粉体的表面沉积第一吸附时间后，通入第一惰性气体对多余的锂源和镍源进行吹扫；接着，至少通入锰源，在所述钴酸锂原始粉体的表面沉积第二吸附时间后，通入第二惰性气体对多余的锰源进行吹扫；然后，通入氧化源一段时间后，通入第三惰性气体对多余的氧化源进行吹扫包括：
12.根据权利要求10或11所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述第一真空度范围包括0.1mBar~1mBar；所述第一温度范围包括80℃~180℃。
13.根据权利要求10或11所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述第一吸附时间范围包括10s~80s，通入第一惰性气体对多余的锂源和镍源进行吹扫的吹扫时间范围包括30s~85s；
14.根据权利要求10或11所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述将所述反应器的温度从所述第一温度加热到第二温度，并多次重复步骤2包括：
15.根据权利要求10或11所述的正极材料的制备方法，其特征在于，将包覆好的钴酸锂原始粉体进行煅烧的煅烧温度范围包括200℃~1000℃；将包覆好的钴酸锂原始粉体进行煅烧的煅烧时间范围包括3h~10h。
16.根据权利要求10或11所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源包括叔丁基锂、二(三甲基硅基)氨基锂、正丁基锂和甲基锂中的至少一种；
17.根据权利要求11所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述稀土金属源包括三(四甲基庚二酮)镧、三(四甲基庚二酮)钇、2-乙基己酸镧、乙酰丙酮镧、(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇、异丙醇氧钇、2-甲氧基乙醇镧和乙酰丙酮镧中的至少一种。
18.根据权利要求10或11所述的正极材料的制备方法，其特征在于，在氧化源为氧气的情况下，所述掺杂型尖晶石镍锰酸锂为P4332晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂；
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括：内核和包覆层；
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述金属元素包括稀土金属元素。
3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述内核为钴酸锂，所述钴酸锂的化学式为licoo2；
4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂型尖晶石镍锰酸锂的粒径范围包括4nm~6nm；
5.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述掺杂型尖晶石镍锰酸锂包括p4332晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂、fd-3m晶型的掺杂型尖晶石镍锰酸锂中的至少一种。
6.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、电解液和隔离膜，所述正极极片包括如权利要求1至5中任一项所述的正极材料。
7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求6所述的锂离子电池。
8.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述内核为钴酸锂，所述钴酸锂的化学式为licoo2，在所述licoo2中，所述第一子层含有li元素，所述第二子层含有o元素，所述第三子层含有co元素；
10.根据权利要求9所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述在所述内核的表面形成包覆层包括：
11.根据权利要求10所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2.通入锂源和镍源，在所述钴酸锂原始粉体的表面沉积第一吸附时间后，通入第一惰性气体对多余的锂源和镍源进行吹扫；接着，至少通入锰源，在所述钴酸锂原始粉体的表面沉积第二吸附时间后，通入第二惰性...
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