一种锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料技术

本申请提供了一种锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料，所述方法包括：将高镍三元前驱体和锂源混合得到第一混合物；所述第一混合物进行第一烧结得到正极材料前体；将改性化合物和正极材料前体混合得到第二混合物，所述改性化合物选自含N的一种或多种化合物，N包括铝元素、镧元素、钽元素、锆元素、钛元素、锗元素或磷元素；将第二混合物进行至少两个阶段的第二烧结得到锂电池正极材料，在至少两个阶段的烧结过程中，先进行的烧结阶段的温度低于后进行的烧结阶段的温度。通过本申请提供的方法制备得到的锂电池正极材料具有更高的空气稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料


[0001]本申请涉及能源领域，特别是涉及一种锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料。

技术介绍

[0002]随着科技的不断发展，人们对各种能源的需求也越来越高。现有技术使用一种三元正极材料作为锂电池的正极材料，但是现有技术中的三元正极材料表层的锂离子反应活性较高，这使得三元正极材料在生产、存储或运输的过程中表层或近表层的晶格中的锂离子会不断与空气中的水或二氧化碳发生反应，造成表层或近表层晶格锂的消耗，反应的生成产物会覆盖三元正极材料的表面。覆盖后表面的碱性会不断上升，进而影响锂电池正极的倍率性能，倍率性能用于表示锂电池在不同电流下的放电性能，现有技术提供的三元正极材料空气稳定性极差。
[0003]因此，如何提供一种空气稳定性更好的锂电池正极材料成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，本申请提供了一种锂电池正极材料的制备方法及锂电池正极材料以解决现有技术中的锂电池正极材料空气稳定性差的问题。
[0005]本申请提供了一种锂电池正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]将高镍三元前驱体和锂源混合得到第一混合物；
[0007]对所述第一混合物进行第一烧结得到正极材料前体；
[0008]将改性化合物和所述正极材料前体混合得到第二混合物，所述改性化合物选自含N的一种或多种化合物，N包括铝元素、镧元素、钽元素、锆元素、钛元素、锗元素或磷元素；
[0009]将所述第二混合物进行至少两个阶段的第二烧结得到锂电池正极材料，在所述至少两个阶段的烧结过程中，先进行的烧结阶段的温度低于后进行的烧结阶段的温度。
[0010]可选的，所述改性化合物选自氧化物、氢氧化物或酸式盐。
[0011]可选的，所述第一烧结包括两段：
[0012]第一段烧结温度为300℃～500℃，烧结时间为0.5h～2h；
[0013]第二段烧结温度为600℃～950℃，烧结时间为8h～15h。
[0014]可选的，所述第二烧结包括三段：
[0015]第一段烧结的温度为100℃～250℃，烧结时间为0.5h～2h；
[0016]第二段烧结的温度为300℃～500℃，烧结时间为0.5h～2h；
[0017]第三段烧结的温度为500℃～700℃，烧结时间为1h～6h。可选的，所述改性化合物的比表面积为10
‑
50m2/g。。
[0018]所述正极材料前体的比表面积为0.2
‑
10m2/g。
[0019]可选的，所述锂源包括氢氧化锂、一水合氢氧化锂或碳酸锂。
[0020]本申请还提供了一种锂电池正极材料，所述正极材料的化学表达式为Li
x
Ni
y
M
z
N
f
L
v
O2，其中，M包括钴、锰和铝中的一种或多种，N包括铝、镧、钽、锆、钛、锗和磷中的一种或多种，L表示锂离子空位，且x＞0，0.5<y<1.04，0.03<z<0.5，0<f<0.1，0<v<f；所述正极材料依次包括内层的基体，中间的过渡层和外层的包裹层。
[0021]可选的，所述包裹层是所述正极材料前体与改性化合物的表面残碱反应生成的锂的化合物，所述包裹层不含M元素和镍元素；
[0022]所述过渡层是所述正极材料前体的浅表层的活性锂离子与改性化合物反应生成的含锂元素、镍元素、M元素和N元素的化合物。
[0023]可选的，所述过渡层包括锂离子空位L，锂离子空位L由所述正极材料的基体向过渡层逐渐增多。
[0024]可选的，所述过渡层和所述包裹层的最大厚度之和不超过100nm。
[0025]相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
[0026]本申请提供的方法通过将改性化合物和正极材料前体混合得到第二混合物，改性化合物和正极材料前体一起进行多个不同温度阶段的烧结，通过多个不同温度阶段的烧结使正极材料前体充分的改性，从而得到锂电池正极材料。通过本申请提供的方法制备得到的锂电池正极材料是层状分布的，且通过上述方法制备得到的正极材料包括梯度分布的锂离子空位，正极材料的浅表层存在掺杂离子的过渡层，锂空位梯度为从正极材料的基体向过渡层逐渐上升，通过本申请提供的方法生成的锂电池正极材料具有更高的空气稳定性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本申请实施例提供的一种锂电池正极材料的制备方法流程图；
[0029]图2为本申请实施例提供的一种SEM测试结果图；
[0030]图3为本申请实施例提供的一种XRD测试结果图；
[0031]图4为本申请实施例提供的另一种SEM测试结果图；
[0032]图5为本申请实施例提供的另一种XRD测试结果图。
具体实施方式
[0033]正如前文描述，现有技术中的三元正极材料表层或浅表层的锂离子反应活性较高，这使得三元正极材料在生产、存储或运输的过程中表层或浅表层的晶格中的锂离子会不断与空气中的水或二氧化碳发生反应，造成表层或浅表层晶格锂的消耗。“浅表层”主要是指含有Li空位的三元正极材料基体部分。
[0034]经过研究发现，现有技术中的三元正极材料，尤其是镍含量相对较高的三元正极材料表层或浅表层的晶格中的锂离子与空气中的水或二氧化碳发生反应后会生成氢氧化锂或碳酸锂，这些氢氧化锂或碳酸锂产物会覆盖三元正极材料表面，这就导致了正极材料表面的碱性会不断上升，即使对三元正极材料表面进行降碱操作，正极材料表面的碱性依
然会不断上升。由于氢氧化锂或碳酸锂的电子和离子的导电性均较弱，这就导致三元正极材料的阻抗变大，特别是电荷转移阻抗快速变大，这就导致了使用三元正极材料的锂电池正极的倍率性能变低。
[0035]为了解决三元正极材料空气稳定性较差的问题，相关技术中可以采用较低镍含量的外壳对内层高镍含量的内核进行保护，由于外层的镍含量较低，所以锂离子的活性也相对较低，通过这样的方式提高三元正极材料表面的空气稳定性。但是由于内层和外层的镍含量不同，就会导致内层和外层的晶格常数存在差异，晶格常数存在差异会进一步导致外层和内层在锂电池循环过程中逐渐断开直至脱离接触，造成锂电池的失效，严重影响锂电池的循环寿命。
[0036]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将高镍三元前驱体和锂源混合得到第一混合物；对所述第一混合物进行第一烧结得到正极材料前体；将改性化合物和所述正极材料前体混合得到第二混合物，所述改性化合物选自含N的一种或多种化合物，N包括铝元素、镧元素、钽元素、锆元素、钛元素、锗元素或磷元素；将所述第二混合物进行至少两个阶段的第二烧结得到锂电池正极材料，在所述至少两个阶段的烧结过程中，先进行的烧结阶段的温度低于后进行的烧结阶段的温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性化合物选自氧化物、氢氧化物或酸式盐。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一烧结包括两段：第一段烧结温度为300℃～500℃，烧结时间为0.5h～2h；第二段烧结温度为600℃～950℃，烧结时间为8h～15h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二烧结包括三段：第一段烧结的温度为100℃～250℃，烧结时间为0.5h～2h；第二段烧结的温度为300℃～500℃，烧结时间为0.5h～2h；第三段烧结的温度为500℃～700℃，烧结时间为1h～6h。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，满足如下特征至少其一：(1)所述改性化合物的比表面积为10
‑
50m2/g；(2)所述正极材料前体的比表面积为0.2
‑
10m2/g。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海天，唐彦群，李海生，吉长印，吕菲，徐宁，
申请(专利权)人：天津巴莫科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：