一种正极材料及其制备方法、正极片以及锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极片以及锂离子电池，包括双金属掺杂钴酸锂，所述双金属掺杂钴酸锂的化学式通式为LiMg

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法、正极片以及锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极片以及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池因其具有比能量高、小型化、超薄化、轻量化和安全性高等多种优点，被广泛应用于消费类电子产品、便携式电子设备、无人机航拍以及新能源汽车等领域。锂离子二次电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。近几年来，随着移动终端如智能手机、平板、手表、无人机、家用机器人等设备的飞速发展，人们对锂离子二次电池的安全性能和循环寿命有了更高要求，然而，传统负极材料如石墨的能量发挥已达到极限，因此也促进研发者不断开发更高电压的正极材料。
[0003]作为第一代商用的锂离子二次电池正极材料，钴酸锂具有许多不可替代的优点：该材料具有良好的加工性能、高密度、相对较高的比容量，稳定的材料结构和良好的循环性能。材料的电压平台从最初的4.25V到现在高电压4.45V，或者超高电压4.53V。随着深入的研究，人们发现，提高电压虽然可以获得更高能量密度，但是也带来了一系列问题。由于钴酸锂为层状结构材料，随着锂离子深度脱出，钴酸锂晶体结构发生改变，出现相变过程导致体积变化；高电压下，会加速Co金属溶出和O析出，造成电池安全性能的下降。因此，开发一种在高电压下具有高结构稳定性、高能量密度和高循环性能的锂离子二次电池正极材料是十分有必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种正极材料，本专利技术的正极材料具有双金属掺杂钴酸锂，双金属掺杂体系优化了钴酸锂材料的层状结构，结构更稳定，扩大了锂离子扩散通道，有利于锂离子的脱出和嵌入，能量密度更高，循环性能更好，能够在4.45V以及以上的高电压条件下稳定运行。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种正极材料，包括双金属掺杂钴酸锂，所述双金属掺杂钴酸锂的化学式通式为LiMg
0.008
A
x
Co1‑
x
O2，其中，0.0005≤x≤0.0012，A为Eu、Mn、Ni、Ln、Y、W、Zr中的任意一种。
[0007]传统的三元镍钴锰酸锂材料，由于缺少Mg元素掺杂，其电压平台相对较低，电子电导率较低，材料的实际容量不高。使用Mg和另一种元素共同掺杂，两种金属元素具有协同作用，掺杂Mg元素在提升材料电子电导率的前提下，能够协助A类元素改善钴酸锂的循环稳定性和容量保持率，提升材料容量。
[0008]其中，Mg元素掺杂能够提高材料的电子电导，提升钴酸锂材料的循环稳定性。A类元素掺杂在钴酸锂材料中都属于Co位掺杂，占据Co的位点，都能够提升材料的电子电导率，循环稳定性和容量保持率。元素Mg、含N金属元素共掺杂，两种金属元素具有协同作用，掺杂Mg元素在提升材料电子电导率的前提下，能够协助A类元素改善钴酸锂的循环稳定性和容
量保持率，提升材料容量，双金属掺杂可以有效稳定钴酸锂的晶体结构，提高了钴酸锂材料的工作电压、对材料容量提升也有很大的帮助。
[0009]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种正极材料的制备方法，采用高温固相法制备，制备方法简单，易操作，制作成本低。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]步骤S1、将氧化钴、碳酸锂、含镁元素的化合物以及含A类元素的金属化合物混合得到预处理反应物；
[0013]步骤S2、将预处理反应物加热进行预烧处理，升温煅烧得到正极材料。
[0014]本专利技术煅烧时分两步进行，第一步采用低温预烧的工艺是为了将料中的水分及碳酸锂分解产生的CO2逸出，进行部分烧结反应，且经过预烧后的粉料较为松散，可直接进行二烧，减少了粉碎过程。在850℃高温二烧的过程中，物料之间的气体全部反应逸出，锂、钴化合物紧密接触，反应反应充分，晶体在二烧过程中迅速长大，结构不断完善，有利于形成形貌规整的一次颗粒。
[0015]作为本专利技术一种正极材料的制备方法的一种改进，所述氧化钴、碳酸锂、含镁元素的化合物以及含A类元素的氧化物的重量份数比为500～800:200～400:1～10:0.1～3。
[0016]Mg掺杂量过多会导致一次颗粒增大，小颗粒减少，在一定程度上会降低材料的压实密度，增加材料阻抗，降低材料的放电容量和容量保持率。Mg掺杂过少，材料内部无法形成连续通道，导致材料不表现出金属特性区域，无法达到电子电导提升的目的。元素Mg、A类元素共掺杂可以有效稳定钴酸锂的晶体结构，提高了钴酸锂材料的工作电压、对材料容量提升也有很大的帮助。而传统的三元镍钴锰酸锂材料，由于缺少Mg元素掺杂，其电压平台相对较低，电子电导率较低，材料的实际容量不高。A类元素掺杂在钴酸锂材料中都属于Co位掺杂，占据Co的位点，都能够提升材料的电子电导率，循环稳定性和容量保持率。
[0017]作为本专利技术一种正极材料的制备方法的一种改进，所述步骤S1中混合时间为8～12h，转速为500～600r/min。
[0018]作为本专利技术一种正极材料的制备方法的一种改进，所述步骤S2中预烧处理的温度为400～500℃，煅烧的温度为800～900℃。先使用低温再使用高温煅烧，使颗粒结构更稳定，制备出的正极材料性能更好。
[0019]作为本专利技术一种正极材料的制备方法的一种改进，所述含镁元素的化合物为氢氧化镁或氧化镁。
[0020]作为本专利技术一种正极材料的制备方法的一种改进，所述含A类元素的金属化合物为Eu2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、NiO、Ni2O3、Ln2O3、Ln(OH)3、Y2O3、WO3、W
20
O
58
、ZrO2中的至少一种。
[0021]作为本专利技术一种正极材料的制备方法的一种改进，所述混合使用球磨机混合。球磨机研磨效果更好，混合更充分。
[0022]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种正极片，具有双金属掺杂的钴酸锂正极材料，具有较高的容量保持率和循环稳定性。
[0023]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0024]一种正极片，包括集流体以及设置有集流体至少一侧面的正极材料层，所述正极
材料层包括上述的正极材料。
[0025]正极材料层设置于集流体的一侧面或设置于集流体的两侧面。
[0026]本专利技术的目的之四在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池，具有良好的容量保持率和循环稳定性。
[0027]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0028]一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜、电解液以及壳体，所述隔膜用于分隔所述正极片和所述负极片，所述壳体用于装设所述正极片、所述负极片、所述隔膜和所述电解液，所述正极片上述的正极片。
[0029]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于，包括双金属掺杂钴酸锂，所述双金属掺杂钴酸锂的化学式通式为LiMg
0.008
A
x
Co1‑
x
O2，其中，0.0005≤x≤0.0012，A为Eu、Mn、Ni、La、Y、W、Zr中的任意一种。2.根据权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将氧化钴、碳酸锂、含镁元素的化合物以及含A类元素的金属化合物混合得到预处理反应物；步骤S2、将预处理反应物加热进行预烧处理，升温煅烧得到正极材料。3.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述氧化钴、碳酸锂、含镁元素的化合物以及含A类元素的氧化物的重量份数比为500～800:200～400:1～10:0.1～3。4.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混合时间为8～12h，转速为500～600r/min。5.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：