一種電池正極材料及其制備方法和鋰離子電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池正極材料及其制備方法和鋰離子電 池。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳鈷錳酸鋰（NCM)三元材料，具有較高的可逆容量（理論容量達(dá)到274mAh/g)，優(yōu) 異的安全性能和較低的價(jià)格，受到了研究者的廣泛關(guān)注，但是這種材料在高溫條件下較差 的循環(huán)性能限制了其在電動(dòng)汽車方向上的應(yīng)用。
[0003] 最近的研究表明，NCM三元材料在制備電池的壓片過程中，由于極片碾壓造成NCM 材料二次顆粒球容易碎裂，破壞了材料的表面結(jié)構(gòu)，而且NCM三元材料在循環(huán)過程中由于 其金屬離子的溶出，會進(jìn)一步破壞材料表面結(jié)構(gòu)；從而造成NCM材料制備得到的鋰離子電 池在高溫循環(huán)的過程中產(chǎn)生衰減。目前改善材料由于碾壓導(dǎo)致碎裂問題的方法是進(jìn)行大小 顆粒的摻混，提高材料本身的堆積密度，增加其抗壓能力，但是這種方法還是存在局部顆粒 的碎裂問題；目前解決金屬離子溶出的方法是在NCM表層包覆金屬氧化物，緩解電解液對 活性物質(zhì)的腐蝕，但是這種方法無法抑制在高溫下長循環(huán)過程中的NCM材料本身的結(jié)構(gòu)坍 塌造成的金屬離子的溶出。
[0004] 因此，現(xiàn)有技術(shù)急需解決正極材料在制備電池過程中產(chǎn)生的碾壓破碎問題，以及 提高正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和防止電解液對正極材料的腐蝕問題，現(xiàn)有技術(shù)需要一種新的正 極材料，這種正極材料制備的鋰離子電池具有較好的高溫循環(huán)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種電池正極材料及其制備方和鋰離子電池， 本發(fā)明提供的電池正極材料制備得到的鋰離子電池具有較好的高溫循環(huán)性能。
[0006] 本發(fā)明提供了一種電池正極材料，包括單晶結(jié)構(gòu)的基材，所述基材為式I所示的 化合物：
[0007] LiNixCoyMn(1 x y)YaO2式 I ;
[0008] 式 I 中，0 < X < 0? 6,0 < y < 1. 0,0 < x+y < 1. 0,0 < a < 0? 1 ;
[0009] Y為Mg、Ti、Zr、Sr和Al中的一種或幾種；
[0010] 包覆于所述基材表面的包覆層，所述包覆層為氧化鋁或氧化鋯。
[0011] 優(yōu)選的，所述單晶結(jié)構(gòu)的基材中含有多個(gè)單晶顆粒，所述單晶顆粒的粒度為0.5 微米~5微米。
[0012] 優(yōu)選的，所述單晶結(jié)構(gòu)的基材的粒度為3微米~8微米。
[0013] 優(yōu)選的，所述包覆層的厚度為1納米~50納米。
[0014] 優(yōu)選的，所述包覆層的質(zhì)量為所述電池正極材料質(zhì)量的0. 04%~2%。
[0015] 本發(fā)明提供的電池正極材料包括單晶結(jié)構(gòu)的基材，這種單晶結(jié)構(gòu)的正極材料能夠 防止制備電池的過程中正極片碾壓造成的顆粒破碎，同時(shí)通過電池正極材料中的摻雜元素 和包覆層的共同作用，能夠改善正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并緩解電解液對材料的腐蝕，使這 種正極材料制備的鋰離子電池具有較好的高溫循環(huán)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的電 池正極材料制備的全電池60°C 100次循環(huán)容量保持率為96. 3%~97. 2%。
[0016] 本發(fā)明提供了一種上述技術(shù)方案所述的電池正極材料的制備方法，包括：
[0017] 將具有單晶結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳的氧化物和鋰鹽進(jìn)行第一煅燒后保溫，得到中間產(chǎn)物， 所述第一煅燒的溫度為500°C~800°C ;所述鎳鈷錳的氧化物為式II所示的化合物：
[0018] NixCoyMn(1 x y)Ma02式 II ;
[0019] 將所述中間產(chǎn)物進(jìn)行第二煅燒后保溫，得到單晶結(jié)構(gòu)的基材，所述第二煅燒的溫 度為 801°C ~IKKTC ;
[0020] 所述基材為式I所示的化合物：
[0021] LiNixCoyMn(1 x y)Ma02式 I ;
[0022] 式 I 和式 II 中，0 < x < 0? 6,0 < y < I. 0,0 < x+y < I. 0,0 < a < 0? I ;
[0023] M為Mg、Ti、Zr、Sr和Al中的一種或幾種；
[0024] 將所述基材和包覆元素的氧化物混合后進(jìn)行加熱處理，得到電池正極材料；所述 包覆元素為鋁或錯(cuò)。
[0025] 優(yōu)選的，所述具有單晶結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳的氧化物的制備方法為：
[0026] 將鎳鹽、錳鹽、鈷鹽和M鹽的混合溶液進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到鎳鈷錳的氫氧化物， 所述M為Mg、Ti、Zr、Sr和Al中的一種或幾種，所述共沉淀反應(yīng)的pH值為10~14,所述鎳 鈷錳的氫氧化物為式III所示的化合物：
[0027] NixCoyMnu x y)Ma(OH)2式 III ;
[0028] 式 III 中，0 < X < 0? 6,0 < y < 1. 0,0 < x+y < 1. 0,0 < a < 0? 1 ;
[0029] M為Mg、Ti、Zr、Sr和Al中的一種或幾種；
[0030] 將所述鎳鈷錳的氫氧化物進(jìn)行燒結(jié)，得到具體單晶結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳的氧化物，所述 燒結(jié)的溫度為300 °C~700 °C。
[0031] 優(yōu)選的，所述包覆元素的氧化物的粒度為5納米~100納米。
[0032] 優(yōu)選的，所述加熱處理的溫度為300°C~800°C。
[0033] 本發(fā)明提供的電池正極材料的制備方法采用具有單晶結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳的氧化物制 備基材，使制備得到的基材以及電池正極材料也為單晶結(jié)構(gòu)；這種單晶結(jié)構(gòu)的正極材料能 夠防止制備電池的過程中正極片碾壓造成的顆粒破碎；而且本發(fā)明提供的制備方法在基材 的表面進(jìn)行包覆，通過在基材內(nèi)摻雜元素和基材外進(jìn)行包覆的共同作用，改善了正極材料 的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并緩解了電解液對材料的腐蝕，使本發(fā)明提供的方法制備得到的電池正極材 料制備的鋰離子電池具有較好的高溫循環(huán)性能。
[0034] 本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極材料為上述技術(shù)方案所述 的電池正極材料，或上述技術(shù)方案所述的方法制備得到的電池正極材料。
[0035] 本發(fā)明提供的鋰離子電池采用上述技術(shù)方案所述的電池正極材料制備得到，上述 電池正極材料為單晶結(jié)構(gòu)，并且含有摻雜元素以及包覆層，這種電池正極材料制備的鋰離 子電池具有較好的高溫循環(huán)性能。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0037] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的鎳鈷錳的氧化物的掃描電子顯微鏡圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的電池正極材料的掃描電子顯微鏡圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的電池正極材料的透射電子顯微鏡圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明比較例1制備得到的電池正極材料的掃描電子顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0042] 本發(fā)明提供了一種電池正極材料，包括單晶結(jié)構(gòu)的基材，所述基材為式I所示的 化合物：
[0043] LiNixCoyMn(1 x y)YaO2式 I ;
[0044] 式 I 中，0 < X < 0? 6,0 < y < 1. 0,0 < x+y < 1. 0,0 < a < 0? 1 ;
[0045] Y為Mg、Ti、Zr、Sr和Al中的一種或幾種；
[0046] 包覆于所述基材表面的包覆層，所述包覆層為氧化鋁或氧化鋯。
[0047] 本發(fā)明提供的電池正極材料包括單晶結(jié)構(gòu)的基材，所述基材為式I所示的化合 物。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述式I中，〇. I <X<0. 5 ;在其他的實(shí)施例中，所述式I中，0. 2 <x <0.4。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述式I中，0.1 <y< 0.9;在其他的實(shí)施例中，所述 式I中，0. 3<y<0. 7 ;在另外的實(shí)施例中，所述式I中，0. 4 < y < 0. 6。在本發(fā)明的實(shí)施 例中，所述式I中，〇. I < x+y < 0. 9 ;在其他的實(shí)施例中，所述式I中，0. 3 < x+y < 0. 7 ;在 另外的實(shí)施例中，所述式I中，〇. 4 < x+y < 0. 6。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述式I中，0. 01 < a < 0. 09 ;在其他的實(shí)施例中，所述式I中，0. 03 < a < 0. 07 ;在另外的實(shí)施例中，所述 式 I 中，0? 04 < a < 0? 06。
[0048] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述式I中，Y為Mg、Ti、Zr、Sr和Al中的幾種。在本發(fā)明 中，當(dāng)Y為Mg、Ti時(shí)可以提高本發(fā)明提供的電池正極材料的導(dǎo)電率，改善材料的倍率性能； 當(dāng)Y為Zr、Sr時(shí)能夠提高本發(fā)明提供的電池正極材料單晶結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使正極材料具有 較好的高溫性能；當(dāng)Y為Co時(shí)，Al 3+的原子半徑與C