正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种正极材料及其制备方法和应用，正极材料包括第一粒子，包括三元材料和存在于三元材料表面的快离子导体层；惰性层，存在于第一粒子的表面，惰性层存在露出第一粒子的表面的空隙。本发明专利技术能够提高正极材料的界面稳定性，避免锰等金属离子的溶出以及产气等现象，同时兼顾提高三元材料的离子电导率等性能，进而提高电池的循环等性能。进而提高电池的循环等性能。进而提高电池的循环等性能。

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]三元材料作为正极材料，其能够满足锂离子电池的长寿命和低温放电等性能要求，逐渐受到广泛关注。然而，三元材料普遍存在着界面稳定性差等问题，容易发生锰等金属离子溶出、以及产气等现象(例如三元材料与电解液发生副反应导致的产气等现象)，同时三元材料还存在着离子和电子电导率差等问题，这些问题不利于其作为正极材料的功能发挥，影响电池的循环性等性能。
[0003]因此，如何提高三元材料的界面稳定性，避免发生锰等金属离子溶出、以及产气等现象，同时兼顾提高三元材料的离子和电子电导率等性能，提高电池的循环性等性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种正极材料及其制备方法和应用，能够提高正极材料的界面稳定性，避免锰等金属离子的溶出以及产气等现象，同时兼顾提高三元材料的离子电导率等性能，进而提高电池的循环性等性能，有效克服现有技术存在的缺陷。
[0005]本专利技术的一方面，提供一种正极材料，包括：第一粒子，包括三元材料和存在于所述三元材料表面的快离子导体层；惰性层，存在于所述第一粒子的表面，所述惰性层存在露出所述第一粒子的表面的空隙。
[0006]在一些实施例中，所述快离子导体层均匀包覆于所述三元材料的表面，所述惰性层存在于所述快离子导体层的表面。
[0007]在一些实施例中，所述快离子导体层的厚度为5nm
‑r/>30nm。
[0008]在一些实施例中，所述快离子导体层包括快离子导体，所述快离子导体包含W、B、F、P、Ti中的一种或多种元素。
[0009]在一些实施例中，所述快离子导体包括钨酸锂、硼酸锂、氟化锂、磷酸锂、钛酸锂中的一种或多种。
[0010]在一些实施例中，所述第一粒子的表面存在所述惰性层的区域的面积为所述第一粒子的表面面积的1
‑
5％。
[0011]在一些实施例中，以所述第一粒子的表面为基准，所述惰性层的高度为a，0＜a≤100nm。
[0012]在一些实施例中，所述惰性层包括多个分散在所述第一粒子的表面的凸起部。
[0013]在一些实施例中，所述惰性层包括惰性氧化物，所述惰性氧化物包含V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、Nb、Mo、Sb、Ta、Ge中的一种或多种元素。
[0014]在一些实施例中，所述三元材料包括镍钴锰三元材料和/或镍钴铝三元材料。
[0015]在一些实施例中，所述正极材料的通式为Li
x
Ni
y
Co
z
M
c
E
d
Q
f
O
g
，其中，0.9≦x≦1.1，
0.6≦y≦1，0≦z≦0.4，0＜c≤0.2，0＜d≤0.02，0＜f≤0.02，g满足所述Li
x
Ni
y
Co
z
M
c
E
d
Q
f
O
g
的正负化合价为0，M包括Mn和/或Al，E包括W、B、F、P、Ti中的一种或多种，Q包括V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、Nb、Mo、Sb、Ta、Ge中的一种或多种。
[0016]在一些实施例中，所述正极材料的比表面积为0.3
‑
0.7m2/g。
[0017]本专利技术的另一方面，提供一种上述正极材料的制备方法，包括：将含有三元材料前驱体和锂源的混合物在含氧气氛下进行预烧结处理，得到预氧化后的物料；将所述预氧化后的物料在含氧气氛下进行一次烧结，得到一次烧结料；使所述一次烧结料与第一包覆剂在第一搅拌速度下混合后，再与第二包覆剂在第二搅拌速度下混合，然后进行二次烧结，得到所述正极材料；其中，所述第一搅拌速度大于所述第二搅拌速度，经所述二次烧结后，所述第一包覆剂形成所述快离子导体层，所述第二包覆剂形成所述惰性层。
[0018]在一些实施例中，所述第一搅拌速度为500rpm
‑
700rpm；和/或，所述第二搅拌速度为100rpm
‑
300rpm；和/或，所述预烧结的温度为400℃
‑
600℃，时间为5h
‑
7h；和/或，所述一次烧结的温度为650℃
‑
850℃，时间可以为8h
‑
15h；和/或，所述二次烧结的温度为200℃
‑
400℃，时间为6h
‑
10h；和/或，所述第一包覆剂包括含有E的酸、含有E的氧化物、含有E的氢氧化物中的一种或多种，所述E包括W、B、F、P、Ti中的一种或多种；和/或，所述第二包覆剂包括含有Q的酸、含有Q的氧化物、含有Q的氢氧化物中的一种或多种，所述Q包括V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、Nb、Mo、Sb、Ta、Ge中的一种或多种；和/或，所述锂源包括氢氧化锂；和/或，所述锂源的粒径D50为150μm
‑
500μm；和/或，所述三元材料前驱体包括含有Ni、Co、M元素的氢氧化物，M包括Mn和/或Al。
[0019]本专利技术的再一方面，提供一种正极片，包括上述正极材料。
[0020]在一些实施例中，所述正极片包括正极集流体、以及设于所述正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括所述正极材料、导电剂和粘结剂。
[0021]本专利技术的再一方面，提供一种电池，包括上述正极片。
[0022]本专利技术中，在三元材料表面依次设置快离子导体层和惰性层，即通过双层包覆三元材料，并使外层为惰性层，可以提高正极材料的界面稳定性和结构稳定性，减少锰等金属离子的溶出/析出以及产气等现象(例如可减少三元材料与电解液的接触，降低减少二者的反应活性，从而减少三元材料与电解液的副反应以及由此导致的锰等金属离子溶出和产气等现象)，同时，快离子导体层的存在可以提高正极材料的离子传导能力，存在有空隙的惰性层可以在提高正极材料界面稳定性的同时不影响表面电子电导。由此，本专利技术能够提高正极材料的界面稳定性和结构稳定性，并兼顾提高正极材料的离子和电子电导能力，降低正极材料的电阻，从而利于其作为正极材料的功能发挥，改善电池的存储和循环等电化学性能。
附图说明
[0023]图1为实施例1正极材料的存在惰性氧化物的区域的TEM(剖面)图；
[0024]图2为实施例1的正极材料不存在惰性氧化物的区域的TEM(剖面)图；
[0025]图3为实施例1
‑
2和实施例14
‑
15以及对比例1
‑
5的正极材料的SEM图。
具体实施方式
[0026]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的方案，下面对本专利技术作进一步地详细说明。以下所列举具体实施方式只是对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例仅用于解释本发本文档来自技高网...

【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：第一粒子，包括三元材料和存在于所述三元材料表面的快离子导体层；惰性层，存在于所述第一粒子的表面，所述惰性层存在露出所述第一粒子的表面的空隙。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述快离子导体层均匀包覆于所述三元材料的表面，所述惰性层存在于所述快离子导体层的表面。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述快离子导体层的厚度为5nm
‑
30nm。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述快离子导体层包括快离子导体，所述快离子导体包含W、B、F、P、Ti中的一种或多种元素。5.根据权利要求4所述的正极材料，其特征在于，所述快离子导体包括钨酸锂、硼酸锂、氟化锂、磷酸锂、钛酸锂中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一粒子的表面存在所述惰性层的区域的面积为所述第一粒子的表面面积的1
‑
5％。7.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，以所述第一粒子的表面为基准，所述惰性层的高度为a，0＜a≤100nm。8.根据权利要求1或7所述的正极材料，其特征在于，所述惰性层包括多个分散在所述第一粒子的表面的凸起部。9.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述惰性层包括惰性氧化物，所述惰性氧化物包含V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、Nb、Mo、Sb、Ta、Ge中的一种或多种元素。10.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述三元材料包括镍钴锰三元材料和/或镍钴铝三元材料。11.根据权利要求1或10所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的通式为Li
x
Ni
y
Co
z
M
c
E
d
Q
f
O
g
，其中，0.9≦x≦1.1，0.6≦y≦1，0≦z≦0.4，0＜c≤0.2，0＜d≤0.02，0＜f≤0.02，g满足所述Li
x
Ni
y
Co
z
M
c
E
d
Q
f
O
g
的正负化合价为0，M包括Mn和/或Al，E包括W、B、F、P、Ti中的一种或多种，Q包括V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国征，于建，王尊志，袁徐俊，戚洪亮，孟祥鹤，罗帅，杨文涛，
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：