一种四元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种四元正极材料及其制备方法。该四元正极材料的结构通式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种四元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料领域，具体而言，涉及一种四元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池在手机、电脑、汽车、储能等领域的广泛应用，人们对电池的安全性、能量密度和循环稳定性能的需求越来越高。这种电池中最具代表性的就是正极和负极中的锂离子在嵌入与脱嵌时化学电位的变化而产生电能的锂二次电池(LIBs)。而正极材料对LIBs的性能有直接主导的作用，因此许多研究人员致力于实现容量大、充电/放电速度快、循环寿命长的可进行锂离子可逆的嵌入与脱嵌的正极材料。
[0003]目前的四元多晶正极材料的颗粒是由一次颗粒团聚而形成的二次颗粒球，直径通常在几微米至十几微米之间，一次颗粒的大小一般为几百纳米。而四元单晶正极材料的颗粒通常在5μm以下。这种独特的微观形貌使得单晶四元材料相比二次球材料有着许多优势。首先，随着循环次数的增加，由于二次颗粒球中的一次颗粒有着不同的晶面取向和滑移面，晶粒间晶格膨胀和收缩的各向异性，导致其在循环后期可能会出现二次颗粒的破碎，并在一次颗粒间产生微裂纹。这将使材料与电解液的接触面积增大，加剧与电解液的副反应，发生严重的容量衰减。而单晶材料则可避免这种情况的发生，在反复的循环过程中保持结构的完整性，从而提升循环稳定性。其次，单晶材料能够在高电压下保持稳定，说明单晶材料能够较大成功地抵抗氧化性的电解液。而且单晶材料可以解决电池长久以来面对的产气、长循环和热稳定性等问题，为高镍电极材料的应用提供新的思路。此外，单晶材料于电解液之间较低的反应活性也使得其可以在较高的截止电压下正常工作，这样不但能够提升电池的循环稳定性，对于电池的安全性也是十分重要的。
[0004]不过单晶材料相比常规多晶材料仍有缺点。因为单晶材料颗粒较小，比表面积相对较大，因此颗粒间直接接触面积较多，会使颗粒发生团聚，这在工业生产上是个很大的问题。而且，单晶材料包覆烧结出来一般是先经过气流磨处理或者机械磨处理，但是由于这种机械应力很容易破坏材料本体结构，使材料表面不完整，降低了材料的稳定性。其中包覆温度如果过高，还会使正极材料颗粒之间作用力增强，团聚更加严重，致使过筛工艺耗时耗力，增加量产成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种四元正极材料及其制备方法，以解决现有技术中应用于锂离子电池的正极材料容易团聚的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种四元正极材料，该四元正极材料的结构通式为Li
x
Ni
a
Co
b
Mn
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c
‑
d)
M
d
W
y
O2，其中，1≤x≤1.05、0.8<a<1、0<b<0.1、0<c<0.1、0.01≤d≤0.04、0.015≤y≤0.035，M为掺杂剂，其中上述四元正极材料的W分散于四元正极材料的表面。
[0007]进一步地，优选上述掺杂剂选自Zr、Ti和Al中的一种或多种，优选四元正极材料中掺杂剂的质量分数为0.1～0.3％。
[0008]进一步地，优选上述四元正极材料中W的质量分数为0.3～0.5％。
[0009]进一步地，优选上述四元正极材料为单晶颗粒，优选四元正极材料的粒径为3～5μm。
[0010]根据本专利技术的另一方面，提供了一种四元正极材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，对包括Ni
a
Co
b
Mn
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c)
(OH)2、可选的金属掺杂剂氧化物和LiOH的第一混合物进行第一次氧化烧结，得到中间产物，0.8<a<1、0<b<0.1、0<c<0.1，第一次氧化烧结的温度为650～900℃；步骤S2，将中间产物和WO3混合形成第二混合物，对第二混合物进行第二次氧化烧结，得到四元正极材料，中间产物和WO3的质量比为0.003～0.005:1，第二次氧化烧结的温度为250～650℃。
[0011]进一步地，优选上述第二次氧化烧结的温度为300～550℃，第二次氧化烧结的时间为6～10h，优选采用第二含氧气体作为氧化剂进行第二次氧化烧结，优选第二含氧气体中O2的体积百分比为50～80％。
[0012]进一步地，优选上述金属掺杂剂氧化物包括ZrO2、TiO2和Al2O3中的一种或多种。
[0013]进一步地，优选上述LiOH、金属掺杂剂氧化物和Ni
a
Co
b
Mn
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c)
(OH)2的质量比为1～1.5:1:0.001～0.002。
[0014]进一步地，优选上述第一次氧化烧结的时间为6～10h，优选采用第一含氧气体作为氧化剂进行第一次氧化烧结，优选第一含氧气体中O2的体积百分比≥95％。
[0015]进一步地，优选在进行步骤S2之前，上述制备方法还包括对中间产物进行粉碎、筛分处理的过程，优选步骤S2中采用粒径3～5μm的中间产物与WO3混合形成第二混合物。
[0016]应用本专利技术的技术方案，在四元正极材料表面分散有W，形成钨包覆层，有效降低了四元正极材料颗粒间的结合力，进而增强了颗粒的分散性，在不降低四元正极材料的电化学性能的情况下，减少了颗粒间的团聚，保证四元正极材料的粒径不会因为团聚而增大，有效保证了其优异的过筛能力，减少生产工艺，提高量产，降低成本。
附图说明
[0017]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0018]图1示出了实施例1制备得到的四元正极材料的扫描电镜图；
[0019]图2示出了对比例1制备得到的四元正极材料的扫描电镜图；
[0020]图3示出了实施例1制备得到的四元正极材料的循环容量保持率曲线图；以及
[0021]图4示出了对比例1制备得到的四元正极材料的循环容量保持率曲线图。
具体实施方式
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0023]以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
[0024]根据本申请
技术介绍
所描述的，四元单晶正极材料颗粒的团聚会造成锂离子电池工业生产的困难，为了解决上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四元正极材料，其特征在于，所述四元正极材料的结构通式为Li
x
Ni
a
Co
b
Mn
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c
‑
d)
M
d
W
y
O2，其中，1≤x≤1.05、0.8<a<1、0<b<0.1、0<c<0.1、0.01≤d≤0.04、0.015≤y≤0.035，M为掺杂剂，其中所述四元正极材料的W分散于所述四元正极材料的表面。2.根据权利要求1所述的四元正极材料，其特征在于，所述掺杂剂选自Zr、Ti和Al中的一种或多种，优选所述四元正极材料中掺杂剂的质量分数为0.1～0.3％。3.根据权利要求2所述的四元正极材料，其特征在于，所述四元正极材料中W的质量分数为0.3～0.5％。4.根据权利要求1所述的四元正极材料，其特征在于，所述四元正极材料为单晶颗粒，优选所述四元正极材料的粒径为3～5μm。5.一种四元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤S1，对包括Ni
a
Co
b
Mn
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c)
(OH)2、可选的金属掺杂剂氧化物和LiOH的第一混合物进行第一次氧化烧结，得到中间产物，0.8<a&...

【专利技术属性】
技术研发人员：王壮，张树涛，王亚州，白艳，马加力，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：