本申请提供一种三元正极材料及其制备方法、电极、电池和电子设备，三元正极材料包括锂镍钴锰氧化物的单晶颗粒，所述单晶颗粒中包含金属掺杂元素；和包覆于所述单晶颗粒表面的包覆层，所述包覆层包括由内向外依次层叠的第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层中包含尖晶石结构的含钴氧化物，所述第二包覆层的致密度≥0.90。本申请提供的三元正极材料可以提升电池的循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电化学，特别是涉及一种三元正极材料及其制备方法、电极、电池和电子设备。
技术介绍
1、目前，锂离子电池已经成为电子产品、智能手机、电动汽车等领域的主流电池类型，而三元正极材料是锂离子电池中非常重要的组成部分。因此，随着人们对轻量化、高能量密度电池需求不断增加，三元正极材料作为锂离子电池正极材料在应用中得到了广泛关注。然而，目前三元材料存在容量发挥低、循环衰减快、内阻增长高等问题，这些问题严重制约着锂离子电池的循环性能。
技术实现思路
1、基于此，本申请提供一种三元正极材料及其制备方法、电极、电池和电子设备，可以提升电池的循环性能。
2、本申请的第一方面提供了一种三元正极材料，包括：
3、锂镍钴锰氧化物的单晶颗粒，所述单晶颗粒中包含金属掺杂元素；和
4、包覆于所述单晶颗粒表面的包覆层，所述包覆层包括由内向外依次层叠的第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层中包含尖晶石结构的含钴氧化物，所述第二包覆层的致密度≥0.90。
5、在本申请的一些实施方式中，所述锂镍钴锰氧化物的单晶颗粒满足如下条件中的至少一者：
6、(1)所述金属掺杂元素包括al、zr、mg、zn、ti和w中的一种或多种，可选为al和zr；
7、(2)所述金属掺杂元素分布于所述单晶颗粒的体相中；
8、可选地，所述体相中含有所述金属掺杂元素与所述单晶颗粒中的主元素结合形成的共价键，所述主元素包括锂、镍、钴、锰、氧中的至少一种；
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p>9、(3)所述金属掺杂元素在所述三元正极材料中的含量为500ppm～6000ppm。10、在本申请的一些实施方式中，所述单晶颗粒的浅表层中包含掺杂的钴元素；
11、可选地，所述浅表层中包含所述掺杂的钴元素与所述单晶颗粒中的主元素结合形成的共价键，所述主元素包括锂、镍、钴、锰、氧中的至少一种；
12、可选地，所述掺杂的钴元素在所述三元正极材料中的含量为10000ppm～50000ppm。
13、在本申请的一些实施方式中，所述包覆层满足如下条件中的至少一者：
14、(1)所述第一包覆层以不连续的岛状结构分布于所述单晶颗粒的表面上，并部分包覆所述单晶颗粒；
15、(2)所述第一包覆层的厚度为50nm～120nm；
16、(3)所述第二包覆层以连续的层状结构分布于所述第一包覆层的表面上，并全包覆所述单晶颗粒；
17、(4)所述第二包覆层中包含金属氧化物；
18、可选地，所述金属氧化物包括al2o3、tio2、zno、y2o3、mgo、wo3和zro中的一种或多种，进一步可选为γ-al2o3和wo3；
19、可选地，所述金属氧化物在所述三元正极材料中的含量为300ppm～1000ppm；
20、(5)所述第二包覆层的厚度为1nm～5nm。
21、本申请的第二方面提供了一种制备三元正极材料的方法，包括：
22、在镍钴锰前驱体的表面形成含金属离子和锂离子的包被层，制备复合前驱体；
23、使所述复合前驱体转化为包含金属掺杂元素的锂镍钴锰氧化物的单晶颗粒；
24、在所述单晶颗粒的表面包覆形成由内向外依次层叠的第一包覆层和第二包覆层，制备所述三元正极材料，其中，所述第一包覆层中包含尖晶石结构的含钴氧化物，所述第二包覆层的致密度≥0.90。
25、在本申请的一些实施方式中，在镍钴锰前驱体的表面形成含金属离子和锂离子的包被层，包括：
26、将所述镍钴锰前驱体、金属盐和锂源在溶剂中混合，以使所述金属盐中的金属离子和所述锂源中的锂离子分散于所述镍钴锰前驱体的表面，制备混合液；
27、将所述混合液在真空密闭环境中进行水热处理，以在所述镍钴锰前驱体的表面形成所述包被层；
28、可选地，所述镍钴锰前驱体满足化学式nixcoymn(1-x-y)(oh)2，0.5≤x<1.0，0<y<1.0，0<x+y<1；
29、可选地，所述金属盐包括al2(so4)3、zr(so4)2、mgso4、znso4、ti(so4)2和na2wo4中的一种或多种，进一步可选为al2(so4)3和zr(so4)2；
30、进一步可选地，所述zr(so4)2与所述al2(so4)3的质量比为(1～3):(4～20)；
31、可选地，所述金属盐与所述镍钴锰前驱体的质量比为(0.001～0.006):1；
32、可选地，所述锂源中的锂离子与所述镍钴锰前驱体的摩尔比为(1.02～1.08):1；
33、可选地，所述水热处理的温度为200℃～600℃；
34、可选地，所述水热处理的保温时间为1.5h～3.5h。
35、在本申请的一些实施方式中，使所述复合前驱体转化为包含金属掺杂元素的锂镍钴锰氧化物的单晶颗粒，包括：
36、将所述复合前驱体在第一含氧环境中进行第一焙烧处理，以使所述包被层熔融，并使熔融的所述包被层中的所述金属离子和所述锂离子扩散进入所述镍钴锰前驱体内部，并转化生成所述单晶颗粒，其中，所述单晶颗粒的体相中，部分所述金属掺杂元素与所述单晶颗粒中的主元素结合形成共价键；
37、可选地，所述金属掺杂元素包括al、zr、mg、zn、ti和w中的一种或多种，进一步可选为al和zr；
38、可选地，所述主元素包括锂、镍、钴、锰、氧中的至少一种；
39、可选地，所述第一焙烧处理的温度为850℃～980℃；
40、可选地，所述第一焙烧处理的保温时间为8h～16h。
41、在本申请的一些实施方式中，所述第一包覆层的制备方法包括：
42、将所述单晶颗粒与层状结构的含钴氢氧化物混合，制备第一混合物，其中，所述层状结构的含钴氢氧化物被吸附包裹于所述单晶颗粒的表面；
43、将所述第一混合物与尖晶石结构的含钴氧化物混合，制备第二混合物，其中，所述尖晶石结构的含钴氧化物有部分被吸附包裹于所述第一混合物的表面；
44、将所述第二混合物在第二含氧环境中进行第二焙烧处理，制备第一包覆物，其中，所述第一包覆物包括所述单晶颗粒和包覆于所述单晶颗粒部分表面上的第一包覆层，所述单晶颗粒的浅表层中包含掺杂的钴元素，以及由所述掺杂的钴元素与所述单晶颗粒中的主元素结合形成的共价键，所述第一包覆层以不连续的岛状结构分布于所述单晶颗粒的表面上；
45、可选地，所述层状结构的含钴氢氧化物包括co(oh)2；
46、可选地，所述尖晶石结构的含钴氧化物包括co3o4；
47、可选地，所述层状结构的含钴氢氧化物的比表面积大于所述尖晶石结构的含钴氧化物的比表面积；
48、可选地，所述层状结构的含钴氢氧化物的比表面积为10m2/g～120m2/g，进一步可选为本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种三元正极材料，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述锂镍钴锰氧化物的单晶颗粒满足如下条件中的至少一者：
3.根据权利要求1或2所述的三元正极材料，其特征在于，所述包覆层满足如下条件中的至少一者：
4.一种制备三元正极材料的方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在镍钴锰前驱体的表面形成含金属离子和锂离子的包被层，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使所述复合前驱体转化为包含金属掺杂元素的锂镍钴锰氧化物的单晶颗粒，包括：
7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：
8.一种电极，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的三元正极材料或通过权利要求4-7任一项所述的方法制备的三元正极材料。
9.一种电池，其特征在于，包括权利要求8所述的电极。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的电池。
【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述锂镍钴锰氧化物的单晶颗粒满足如下条件中的至少一者：
3.根据权利要求1或2所述的三元正极材料，其特征在于，所述包覆层满足如下条件中的至少一者：
4.一种制备三元正极材料的方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在镍钴锰前驱体的表面形成含金属离子和锂离子的包被层，包括：
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：张飞，陶俊岩，赵晓童，吕菲，
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：
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