【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料，具体涉及一种超高镍多晶正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池具有的高能量、高功率密度、高能效、长循环寿命和高安全性等优点，使其广泛应用在电动汽车、便携式电子设备和储能领域。随着电动汽车的快速发展，人们对于锂离子电池能量密度、循环寿命和安全性能的需求也不断提高。高镍三元正极材料能够提供高能量密度、长循环寿命、低成本已得到广泛应用，ni含量的提高有利于提升材料的克容量，再加上高压实的材料设计，可以进一步提高材料的能量密度，目前市场上普遍采用大小颗粒掺混的方式来提高压实设计，即将d50是2-5μm的小粒径单晶或多晶填充到d50是9-17μm的中大颗粒缝隙中以有效提高掺混后材料的压实。其中小粒径多晶材料的晶粒尺寸较小，li+离子扩散路径短，有利于反应的发生，通常具有更高的容量和循环性能，适用于更高能量密度要求的应用。
2、然而，随着ni含量的提高，不可避免地导致了更复杂的合成和一些限制电池循环寿命和安全性的结构不稳定性问题，即li+/ni2+离子混排，层状向非活性岩盐nio相转变，循环时形成微裂纹，以及过渡金属的溶解和随后在负极的沉积，对水分的更高敏感性，水洗工序更难控制等问题。
3、对于超高镍材料，镍含量越高，材料稳定性越差，目前往往采用金属阳离子掺杂，水洗降残碱后增加涂层包覆的方法来提高材料结构稳定性和热稳定性，但金属阳离子掺杂在稳定结构的同时会不可避免的造成容量损失。并且，传统技术都是采用一次配锂的方式进行烧结，但高温焙烧过程中，li+的挥发使材料处于脱锂状态，发生相
4、因此，如何有效提高超高镍正极材料的结构稳定性，同时还能发挥出高容量性能，降低副反应的发生，是亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种超高镍多晶正极材料及其制备方法和应用。本专利技术通过在正极材料主体中掺杂离子半径大、且与氧的作用力大于过渡金属的a元素，以抑制材料在电化学过程中极化，从而提高结构稳定性，同时引入高价b元素抑制晶粒长大，高价b元素不仅可以强化正极材料的晶体结构，还可以强化其微观结构，从而使电化学性能最大化，发挥出更高的容量。并且，本专利技术采用多重材料共包覆的技术，进一步提升了材料的结构稳定性，并对材料表面结构进行有效修复，降低残碱含量，其无需水洗，副反应减少，同时高电导率包覆还使得材料内阻降低，该超高镍多晶正极材料具有优异的容量和倍率性能。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种超高镍多晶正极材料，所述超高镍正极材料包括正极材料主体，以及包覆在所述正极材料主体表面的包覆层；
4、所述正极材料主体的化学通式为linixcoymn1-x-yo2，其中，0.9≤x＜1，0＜y≤0.06；
5、所述正极材料主体中掺杂有a元素和b元素，所述a元素包括zr、sr、ce、la、al、mg、na、ca、y或sn中的任意一种或至少两种的组合，所述b元素包括sb、w、nb、mo、ti或p中的任意一种或至少两种的组合；
6、所述包覆层中的材料包括含li材料、含co材料和固态电解质。
7、本专利技术通过在正极材料主体中掺杂离子半径大、且与氧的作用力大于过渡金属的a元素，以抑制材料在电化学过程中极化，从而提高结构稳定性，同时引入高价b元素抑制晶粒长大，高价b元素不仅可以强化正极材料的晶体结构，还可以强化其微观结构，从而使电化学性能最大化，发挥出更高的容量。并且，本专利技术采用多重材料共包覆的技术，进一步提升了材料的结构稳定性，并对材料表面结构进行有效修复，降低残碱含量，其无需水洗，副反应减少，同时高电导率包覆还使得材料内阻降低，该超高镍多晶正极材料具有优异的容量和倍率性能。
8、本专利技术中，包覆层中引入含li材料，可以提供额外的锂离子补给材料在充放电过程中的活性锂离子消耗，以提高能量密度；含co材料的引入则对降低残碱含量和提高表面结构稳定性有关键作用，co会与材料表面的残碱(例如lioh和li2co3等)发生反应生成lixcoo2和co3o4化合物，电化学钝化尖晶石型co3o4可以起到稳定材料表面结构的作用，lixcoo2由于低的能隙可以产生高电导率，从而提高容量和倍率；固态电解质的引入则进一步提高离子电导率，降低电荷交换阻抗。上述材料的共包覆还可以有效阻止正极材料与电解液的直接接触，防止微裂纹的产生，进一步提升材料的结构稳定性。
9、本专利技术中，0.9≤x＜1，例如可以是0.9、0.92、0.94、0.96或0.98等，0＜y≤0.06，例如可以是0.01、0.02、0.03、0.04或0.05等，
10、优选地，所述正极材料主体的粒径d50为2-5μm，例如可以是2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等。
11、优选地，所述包覆层的厚度为10-100nm，例如可以是10nm、30nm、50nm、70nm或90nm等。
12、优选地，所述超高镍多晶正极材料的表面残碱化合物包括lioh和li2co3，所述lioh的含量≤5500ppm，例如可以是5500ppm、5000ppm或4000ppm等，所述li2co3的含量≤3500ppm，例如可以是3500ppm、3000ppm或2000ppm等。
13、优选地，所述含li材料包括li3n、li2s、lif、li2nio2、li2o或li2o2中的任意一种或至少两种的组合。
14、优选地，所述含co材料包括co(oh)2、coooh、cof2或coo中的任意一种或至少两种的组合。
15、优选地，所述固态电解质包括llzo、llzto、latp或lastp中的任意一种或至少两种的组合。
16、需要说明的是，llzo指的是li7la3zr2o12，llzto指的是li6.4la3zr1.4ta0.6o12，latp指的是li1.3al0.3ti1.7(po4)3，lastp指的是li1.3al0.3si0.1ti16(po4)3。
17、优选地，所述含li材料、含co材料和固态电解质的质量比为(1-4):(1-4):(1-6)，其中，含li材料的选择范围“1-4”例如可以是1、2、3或4等，含co材料的选择范围“1-4”例如可以是1、2、3或4等，固态电解质的选择范围“1-6”例如可以是1、2、3、4、5或6等。
18、本专利技术中，若含co材料和固态电解质的质量比过小，即含co材料的用量过少或固态电解质的用量过多，则残锂太高，容量和循环偏差；若含co材料和固态电解质的质量比过大，即含co材料的用量过多或固态电解质的用量过少，则容量偏低，安全性偏差。
19、第二方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超高镍多晶正极材料，其特征在于，所述超高镍正极材料包括正极材料主体，以及包覆在所述正极材料主体表面的包覆层；
2.根据权利要求1所述的超高镍多晶正极材料，其特征在于，所述正极材料主体的粒径D50为2-5μm；
3.根据权利要求1或2所述的超高镍多晶正极材料，其特征在于，
4.一种如权利要求1-3任一项所述的超高镍多晶正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂源包括LiOH、Li2CO3、LiNO3、Li3N、Li2S、LiF、Li2NiO2、Li2O或Li2O2中的任意一种或至少两种的组合；
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次焙烧在含氧气氛下进行；
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述二次焙烧在含氧气氛下进行，所述含氧气氛为空气气氛或纯氧气氛；
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，以步骤(2)所述焙烧产物的质量为基准，所述含
9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极中包括如权利要求1-3任一项所述的超高镍多晶正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种超高镍多晶正极材料，其特征在于，所述超高镍正极材料包括正极材料主体，以及包覆在所述正极材料主体表面的包覆层；
2.根据权利要求1所述的超高镍多晶正极材料，其特征在于，所述正极材料主体的粒径d50为2-5μm；
3.根据权利要求1或2所述的超高镍多晶正极材料，其特征在于，
4.一种如权利要求1-3任一项所述的超高镍多晶正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂源包括lioh、li2co3、lino3、li3n、li2s、lif、li2nio2、li2o或li2o2中的任意一种或至少两种的组合；
6.根据权利要求4或5...
【专利技术属性】
技术研发人员：石自伟，王春梅，王艳杰，程立娜，刘亚军，周宏宝，李文强，朱武，
申请(专利权)人：天津国安盟固利新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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