正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，所述正极材料包括活性物质和至少部分位于所述活性物质表面的包覆层，所述包覆层包括硅铝分子筛，其中，所述活性物质包括含锂镍氧化物，所述含锂镍氧化物的化学通式为Li

【技术实现步骤摘要】
正极材料及其制备方法、锂离子电池


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

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、安全性能好、循环寿命长并且环境友好而被广泛应用于笔记本电脑、手机、数码产品等领域；同时，随着人们环保意识的增强，锂离子电池正逐步作为动力电池应用于交通工具领域，如电动汽车，电动大巴等，市场对锂离子电池的比容量、能量密度、功率密度、使用寿命等也提出了越来越高的要求，尤其是比容量。锂离子电池中用的最多的正极材料主要是橄榄石结构的LiFePO4、层状结构LiCoO2和层状结构的锂镍类氧化物材料；橄榄石结构的LiFePO4已经达到了容量极限，后续的主要应用在储能和低续航电动车领域；层状结构LiCoO2主要用于消费电池领域；锂镍类氧化物材料则在电动汽车领域应用广泛；在锂镍类氧化物材料中，镍是主要的氧化还原反应元素，提高镍含量则可以有效提升这类材料的比容量，因此发展高镍材料成为市场趋势。
[0003]高镍三元材料在合成过程中容易产生碱性杂质(包括材料表面残余的Li2CO3和LiOH等)，这些碱性杂质无导电性且易与电解液发生反应，造成电池产气和电池极化。目前一般采用液相和水洗湿法包覆策略，但是上述包覆策略会对材料的晶体结构造成损害，在充放电过程中晶体结构容易发生塌陷。
[0004]因此，在不影响正极材料的结构前提下，如何利用包覆物来降低正极材料材料表面的残碱，抑制副反应发生是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是为了提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，本申请的正极材料表面的包覆层中的硅铝分子筛能够与活性物质紧密结合，能够极大程度地降低正极材料表面的残碱，能够抑制副反应的发生，提高正极材料的循环性能，降低正极材料的内阻增长率。
[0006]第一方面，本申请一种正极材料，所述正极材料包括活性物质和至少部分位于所述活性物质表面的包覆层，所述包覆层包括硅铝分子筛，其中，所述活性物质包括含锂镍氧化物，所述含锂镍氧化物的化学通式为Li
a
Ni
b
Co
c
M
d
O2，0.95≤a＜1.10，0.8≤b≤1，0≤c≤0.2，0≤d≤0.2，b+c+d＝1，M为金属元素，所述硅铝分子筛的化学通式为xAl2O3·
ySiO2，0＜x≤0.3，0＜y≤0.3。
[0007]在一些实施方式中，所述正极材料包括二次颗粒/或一次颗粒，所述二次颗粒包括多个一次颗粒，所述一次颗粒的至少部分表面包覆有所述包覆层。
[0008]在一些实施方式中，所述正极材料包括二次颗粒/或一次颗粒，所述二次颗粒包括多个一次颗粒，所述二次颗粒的至少部分表面包覆有所述包覆层。
[0009]在一些实施方式中，所述正极材料包括二次颗粒，所述二次颗粒包括多个一次颗
粒，所述一次颗粒的晶界处形成有LiAlO2及Li2SiO3中的至少一种。
[0010]在一些实施方式中，所述硅铝分子筛具有多孔结构。
[0011]在一些实施方式中，所述包覆层的厚度为5nm～20nm。
[0012]在一些实施方式中，所述M元素选自Al、Mn、Ba、Ca、Mg、Sr、Zr、Ti、La、W、Nb、Y、Gd及Ta中的至少一种。
[0013]在一些实施方式中，所述正极材料中晶化的硅铝的质量含量为0.5wt％～20wt％。
[0014]在一些实施方式中，所述正极材料表面残余锂的质量含量≤0.16wt％。
[0015]在一些实施方式中，所述正极材料的锂离子扩散系数大于或等于1.0
×
10
‑7cm2/s。
[0016]在一些实施方式中，所述正极材料的比表面积为0.2m2/g～2.0m2/g。
[0017]在一些实施方式中，所述正极材料的平均粒径为7μm～15μm。
[0018]第二方面，本申请提供一种正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]将活性物质与包含铝源、硅源及模板剂的混合溶液混合，加热进行水热反应，反应产物经固液分离、二次热处理，得到正极材料，其中，所述活性物质包括含锂镍氧化物，所述含锂镍氧化物的化学通式为Li
a
Ni
b
Co
c
M
d
O2，0.95≤a＜1.10，0.8≤b≤1，0≤c≤0.2，0≤d≤0.2，b+c+d＝1，M为金属元素。
[0020]在一些实施方式中，所述活性物质的制备方法包括将包含含镍复合前驱体、含M金属元素的掺杂剂及含锂化合物的混合物进行一次热处理，得到活性物质。
[0021]在一些实施方式中，所述含锂化合物中Li元素的摩尔量与所述含镍复合前驱体中金属总量Me与M元素的总摩尔量之间的比值为0.95≤Li/(Me+M)≤1.1。
[0022]在一些实施方式中，所述含镍复合前驱体的化学通式为Ni
a
Co
b
Mnc(OH)2，其中0.7＜a＜1.0，0.0＜b＜0.05，0.0＜c＜0.3。
[0023]在一些实施方式中，所述含锂化合物包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂和草酸锂中的至少一种。
[0024]在一些实施方式中，所述含锂化合物为氢氧化锂。
[0025]在一些实施方式中，所述掺杂剂中的M元素包括Al、Mn、Ba、Ca、Mg、Sr、Zr、Ti、La、W、Nb、Y、Gd及Ta中的至少一种。
[0026]在一些实施方式中，所述掺杂剂包括M元素的氧化物、M元素的氢氧化物中的至少一种。
[0027]在一些实施方式中，所述掺杂剂中M元素的加入量在所述掺杂剂的总质量占比为1000ppm～300000ppm。
[0028]在一些实施方式中，所述一次热处理在含氧气氛下进行，所述含氧气氛中的氧气浓度≥95％。
[0029]在一些实施方式中，所述一次热处理的温度为650℃～850℃。
[0030]在一些实施方式中，所述一次热处理的保温时间为6h～20h。
[0031]在一些实施方式中，所述硅源包括硅胶、正硅酸乙酯、硅酸钠、硅溶胶及白炭黑中的至少一种。
[0032]在一些实施方式中，所述铝源包括偏铝酸钠、十八水合硫酸铝、硝酸铝、硫酸化铝及氯化铝中的至少一种。
[0033]在一些实施方式中，所述模板剂包括乙胺、乙二胺、三乙胺、正丁胺、四甲基氢氧化
铵及四丙基氢氧化铵中的至少一种。
[0034]在一些实施方式中，以所述活性物质的总质量为100％计，加入的所述硅源中的硅的质量百分比为0.1wt％～10wt％。
[0035]在一些实施方式中，以所述活性物质的总质量为100％计，加入的所述铝源中的铝的质量百分比为0.1wt％～10wt％。
[0036]在一些实施方式中，以所述活性物质的总质量为100％计，加入的所述模板剂的质量百分比为0.005wt％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，所述正极材料包括活性物质和至少部分位于所述活性物质表面的包覆层，所述包覆层包括硅铝分子筛，其中，所述活性物质包括含锂镍氧化物，所述含锂镍氧化物的化学通式为Li
a
Ni
b
Co
c
M
d
O2，0.95≤a＜1.10，0.8≤b≤1，0≤c≤0.2，0≤d≤0.2，b+c+d＝1，M为金属元素，所述硅铝分子筛的化学通式为xAl2O3·
ySiO2，0＜x≤0.3，0＜y≤0.3。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如下特征(1)～(6)中的至少一种：(1)所述正极材料包括二次颗粒和/或一次颗粒，所述二次颗粒包括多个一次颗粒，所述一次颗粒的至少部分表面包覆有所述包覆层；(2)所述正极材料包括二次颗粒和/或一次颗粒，所述二次颗粒包括多个一次颗粒，所述二次颗粒的至少部分表面包覆有所述包覆层；(3)所述正极材料包括二次颗粒，所述二次颗粒包括多个一次颗粒，所述一次颗粒的晶界处形成有LiAlO2及Li2SiO3中的至少一种；(4)所述硅铝分子筛具有多孔结构；(5)所述包覆层的厚度为5nm～20nm；(6)M元素包括Al、Mn、Ba、Ca、Mg、Sr、Zr、Ti、La、W、Nb、Y、Gd及Ta中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如下特征(1)～(5)中的至少一种：(1)所述正极材料中晶化的硅铝的质量含量为0.5wt％～20wt％；(2)所述正极材料表面残余锂的质量含量≤0.16wt％；(3)所述正极材料的锂离子扩散系数大于或等于1.0
×
10
‑7cm2/s；(4)所述正极材料的比表面积为0.2m2/g～2.0m2/g；(5)所述正极材料的平均粒径为7μm～15μm。4.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将活性物质与包含铝源、硅源及模板剂的混合溶液混合，加热进行水热反应，反应产物经固液分离、二次热处理，得到正极材料，其中，所述活性物质包括含锂镍氧化物，所述含锂镍氧化物的化学通式为Li
a
Ni
b
Co
c
M
d
O2，0.95≤a＜1.10，0.8≤b≤1，0≤c≤0.2，0≤d≤0.2，b+c+d＝1，M为金属元素。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活性物质的制备方法包括将包含含镍复合前驱体、含M金属元素的掺杂剂及含锂化合物的混合物进行一次热处理，得到活性物质。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括如下特征(1)～(10)中的至少一种：(1)所述含锂化合物中Li元素的摩尔量与所述含镍复合前驱体中金属总量Me与M元素的总摩尔量之间的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少峰，罗亮，郑玉，杨顺毅，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：