一种正极材料及含有其的正极片、锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种正极材料及含有其的正极片、锂离子电池。该正极材料包括内核以及设置在内核的表面的包覆层，构成内核的材料包括磷酸锰铁锂，构成包覆层的材料包括三元材料和金属氧化物；三元材料选自镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的至少一种。本发明专利技术提供的正极材料利用含有三元材料和金属氧化物的包覆层对磷酸锰铁锂进行包覆，包覆层能够很好地隔绝正极材料中的磷酸锰铁锂与电解液的接触，可抑制副反应和减少锰析出，三元材料则能够提高磷酸锰铁锂正极材料的导电性能，同时解决了磷酸锰铁锂作为正极材料使用时出现的双电压平台的问题，将该正极材料应用于正极片和锂离子电池中，能够提高正极片的结构稳定性，使得锂离子电池具有良好的电化学性能。好的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及含有其的正极片、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种正极材料及含有其的正极片、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应、体积小、重量轻、无环境污染等优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携电动工具、电子仪表、武器装备等，在电动汽车中也具有良好的应用前景，目前已成为世界各国竞相研究开发的重点。锂离子电池主要由正极片、负极片、隔膜和电解液四个部分组成，其中，正极材料是正极片的重要组成部分之一，对锂离子电池的电化学性能和安全性能起着至关重要的作用。
[0003]目前商业化的正极材料中磷酸锰铁锂具有安全性能好、环境友好、倍率充放电特性和循环稳定性好、原材料丰富廉价等优点，因而受到了广泛的关注。磷酸锰铁锂属于磷酸铁锂与磷酸锰锂混掺的产物，与磷酸铁锂的结构相同，均为有序规整的橄榄石型结构。磷酸锰铁锂具有与磷酸铁锂相同的低成本，高安全性能，高热稳定性，针刺、过冲不发生自然，寿命长，安全无爆炸风险的优点，还能够弥补磷酸铁锂能量密度低的短板，兼具磷酸铁锂和磷酸锰锂的优点，因此也被誉为“磷酸铁锂的升级版”。与磷酸铁锂相比，磷酸锰铁锂具有更高的电压平台，其理论能量密度和低温性能更加优越，且循环性能和安全性能比肩磷酸铁锂。但是，由于同时含有锰、铁两种元素，磷酸锰铁锂会有两种工作电压，产生双电压平台，会影响正极片以及锂离子电池的稳定性，进而影响锂离子电池的循环性能。同时，磷酸锰铁锂本身是一种绝缘体，电导率低，因而导电性较差。并且，锰离子的姜泰勒效应会导致锰析出，进入电解液中，并在负极片表面沉积，破坏固体电解质界面(SEI)膜，还会导致锂离子电池的内阻增加。上述所说的双电压平台、电导率低和锰析出将会影响锂离子电池的电化学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种正极材料及含有其的正极片、锂离子电池，该正极材料利用三元材料和金属氧化物掺杂的包覆层对磷酸锰铁锂进行包覆，包覆层能够很好地隔绝正极材料中的磷酸锰铁锂与电解液的接触，可抑制副反应和减少锰析出，三元材料则能够提高磷酸锰铁锂正极材料的导电性能，同时解决了磷酸锰铁锂作为正极材料使用时出现的双电压平台的问题，将该正极材料应用于正极片和锂离子电池中，能够提高正极片的结构稳定性，使得锂离子电池具有良好的电化学性能。
[0005]根据本专利技术的第一个方面，提供一种正极材料，该正极材料包括内核以及设置在内核的表面的包覆层，构成内核的材料包括磷酸锰铁锂，构成包覆层的材料包括三元材料和金属氧化物；三元材料选自镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的至少一种。
[0006]本专利技术提供的正极材料具有核壳结构，以磷酸锰铁锂作为内核，在内核的表面上设有三元材料和金属氧化物掺杂的包覆层，将该正极材料应用于正极片和锂离子电池中，包覆层的存在能够很好地隔绝正极材料中的磷酸锰铁锂与电解液的接触，可抑制副反应，
改善了磷酸锰铁锂正极材料的电荷转移动力学，同时还能减少锰析出，有效解决姜泰勒效应导致的锰析出的问题，避免由于锰析出而导致的锂离子电池内阻增大的现象；并且，包覆层中掺杂的三元材料具有良好的导电性，进而提高磷酸锰铁锂正极材料的导电性能，有效解决了磷酸锰铁锂正极材料的导电性低的问题；再者，包覆层中掺杂的三元材料的电压平台与磷酸锰铁锂正极材料的电压平台非常接近，可以提供稳定的电压平台，有效缓解了磷酸锰铁锂作为正极材料使用时出现的双电压平台的问题，进而提高含有本专利技术提供的正极材料的正极片以及锂离子电池的稳定性；另外，包覆层中还掺杂了金属氧化物，其作为锂离子导体可使正极材料更好地传递锂离子，提升正极材料的循环稳定性。将本专利技术提供的正极材料应用于正极片和锂离子电池中，能够提高正极片的结构稳定性，使得锂离子电池具有良好的电化学性能。
[0007]优选地，在所述包覆层中，三元材料和金属氧化物互相掺杂分布。
[0008]优选地，金属氧化物选自氧化铝、氧化钛、氧化锆中的至少一种。
[0009]优选地，金属氧化物为氧化铝。
[0010]与其他金属氧化物相比，本方案所涉及的正极材料的包覆层中的氧化物采用氧化铝，将该正极材料应用于锂电池中，一方面，正极材料中的氧化铝可以中和电解液中游离的氟化氢(HF)以抵御电解液对正极材料的腐蚀，另一方面，氧化铝具有更好的浸润性，能够增加正极材料的保液和吸液能力，有利于电解液浸润，提高正极材料表面的电解质界面(CEI)膜覆盖面积，进而提高锂离子传输效率，优化正极材料的锂离子传输动力学特性。
[0011]优选地，三元材料的粒径D50为200～500nm，例如可以为200nm、300nm、400nm、500nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0012]优选地，包覆层在正极材料中的占比为1～10wt％，例如可以为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0013]优选地，包覆层的厚度为1～2μm，例如可以为1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]优选地，在三元材料中，按照摩尔比计算，镍元素：锰元素：钴元素＝0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2，和/或，在三元材料中，按照摩尔比计算，镍元素：钴元素：铝元素＝0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2，例如可以为0.8:1:1.2、0.9:0.8:1、1:1:0.8、1.2:0.8:1、1.2:1.1:0.9，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]优选地，三元材料为镍钴锰酸锂。
[0016]优选地，按照质量比计算，三元材料：金属氧化物＝1：1。正极活性材料的包覆层中的三元材料和金属氧化物的掺杂量相当，能够使含有该正极材料的正极片的结构稳定性以及动力学性能达到最优。若三元材料在包覆层中的质量远高于金属氧化物的质量，则会导致含有该正极活性材料的正极片的循环稳定性有所下降，反之，则会导致含有该正极活性材料的正极片的导电性能和结构稳定性均有所下降。
[0017]优选地，制备上述正极活性材料的方法包括：
[0018]S1.混料步骤，将纳米级尺寸的三元材料与磷酸锰铁锂投入含有金属离子的盐溶液中；
[0019]S2.调节盐溶液的pH值以使金属离子转化为金属氢氧化物析出；
[0020]S3.收集不溶物，使不溶物在700～1000℃下煅烧8～12小时，制得正极材料，在正极活性材料中，包覆层中的金属氧化物由金属氢氧化物经煅烧转化而成。
[0021]本方案提供的正极材料的制备过程简单方便，节约了成本。
[0022]优选地，在S1中，含有金属离子的盐溶液为铝盐溶液。
[0023]优选地，在S1中，铝盐溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于：包括内核以及设置在所述内核的表面的包覆层，构成所述内核的材料包括磷酸锰铁锂，构成所述包覆层的材料包括三元材料和金属氧化物；所述三元材料选自镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的至少一种。2.如权利要求1所述正极材料，其特征在于：在所述包覆层中，所述三元材料和所述金属氧化物相互掺杂分布。3.如权利要求1所述正极材料，其特征在于：所述金属氧化物选自氧化铝、氧化钛、氧化锆中的至少一种。4.如权利要求1所述正极材料，其特征在于：所述三元材料的粒径D50为200～500nm。5.如权利要求1所述正极材料，其特征在于：所述包覆层在所述正极材料中的占比为1～10wt％，和/或，所述包覆层的厚度为1～2μm。6.如权利要求1所述正极材料，其特征在于：在所述三元材料中，按照摩尔比计算，镍元素：锰元素：钴元素＝0.8～1.2：0.8～1.2：0.8～1.2，和/或，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆，桂客，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：