一种正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种正极材料及其制备方法和应用，涉及电池。

背景技术：

1、随着新能源产业的快速发展，新能源储能电池在整个新能源产业中占据重要地位。三元正极材料由于具有高功率密度和能量密度、优异的循环性能等突出优点而备受关注，使其成为工业上应用最广泛的二次电池正极材料之一。

2、随着三元材料中镍含量的升高，正极材料的比容量也升高，但是，随着镍含量的增加，相变逐渐严重，颗粒内部应力也在增高，颗粒开裂的风险也越大，同时，镍含量越高的三元材料，越容易与空气中的co2和h2o发生反应生成li2co3和lioh，造成材料表面残余碱含量过高，影响电池的循环性能。目前，可通过水洗工序来控制三元材料表面的碱量，但是水洗强度一旦过强，在洗去材料表面残碱的同时，也会破坏材料的晶体结构，使材料内部的结构锂析出，导致电池在放电过程中出现容量偏低、产气性能恶化等现象。

技术实现思路

1、本发明提供一种正极材料及其制备方法，该种正极材料有助于提高电池的容量和循环性能，避免出现产气性能恶化的问题。

2、本发明还提供一种包括上述正极材料的电池，具备较好的容量和循环性能。

3、本发明第一方面提供一种正极材料，所述正极材料的化学式为lixniycoza1-y-zo2，0.9≤x≤1.1，0.6≤y≤1，0≤z≤0.4，a选自mn、al、w、b、f、p、ti、v、al、ce、zr、mg、y、sr、nb、mo、sb、ta、ge中的一种或多种；

4、所述正极材料表面的lico3含量为400～1200ppm，lioh含量为3000～4500ppm；

5、所述正极材料的晶胞参数c为

6、包括所述正极材料的电池在20％soc下，所述正极材料的锂离子扩散系数d＞2.5*10-13cm2/s。

7、如上述正极材料，所述正极材料的二次颗粒的裂纹长度不大于4μm；

8、在2k倍数下对所述正极材料进行eds测试，根据eds测试结果，在任意2μm*2μm范围内，掺杂元素a的质量均不大于总元素质量的30wt％。

9、如上述正极材料，所述正极材料包括基体颗粒以及包覆在所述基体颗粒表面的包覆层。

10、如上述正极材料，所述正极材料通过如下制备方法制备得到：

11、将氢氧化锂和第一添加剂混合得到第一混合物料；

12、将所述第一混合物料与前驱体混合得到第二混合物料；

13、对所述第二混合物料进行第一烧结处理，并对烧结产物依次进行退火处理、破碎处理、水洗处理和干燥处理，得到基体颗粒；

14、其中，所述第一烧结处理的温度为700～800℃，时间为8～16h，退火处理的温度为500～800℃，时间为0.5～3.5h；

15、将所述基体颗粒与第二添加剂混合并进行第二烧结处理，得到所述正极材料。

16、本发明第二方面提供上述任一所述正极材料的制备方法，包括如下步骤：

17、将氢氧化锂和第一添加剂混合得到第一混合物料；

18、将所述第一混合物料与前驱体混合得到第二混合物料；

19、对所述第二混合物料进行第一烧结处理，并对烧结产物依次进行退火处理、破碎处理、水洗处理和干燥处理，得到基体颗粒；

20、其中，所述第一烧结处理的温度为700～800℃，时间为8～16h，退火处理的温度为500～800℃，时间为0.5～3.5h；

21、将所述基体颗粒与第二添加剂混合并进行第二烧结处理，得到所述正极材料。

22、如上述制备方法，所述氢氧化锂的d10为20～149μm，d50为150～500μm，d99为501～1000μm。

23、如上述制备方法，所述前驱体的化学式为niacobb1-a-b(oh)2，0.6≤a≤1，0≤b≤0.4，b选自mn、al中的一种或两种；

24、所述前驱体的松装密度为1.4～1.8g/cc，水分<2％，bet为4～12m2/g。

25、如上述制备方法，所述氢氧化锂和第一添加剂混合过程中的转速为600～1000rpm/min，时间为10～30min。

26、如上述制备方法，所述第一混合物料与前驱体混合过程中的转速为200～600rpm/min，时间为10～30min。

27、本发明第三方面提供一种电池，所述电池包括上述任一所述的正极材料。

28、本发明提供的正极材料有助于提高电池的容量和循环性能，并有效避免电池出现产气性能恶化的问题。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为lixniycoza1-y-zo2，0.9≤x≤1.1，0.6≤y≤1，0≤z≤0.4，a选自mn、al、w、b、f、p、ti、v、al、ce、zr、mg、y、sr、nb、mo、sb、ta、ge中的一种或多种；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的二次颗粒的裂纹长度不大于4μm；

3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括基体颗粒以及包覆在所述基体颗粒表面的包覆层。

4.根据权利要求1～3任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料通过如下制备方法制备得到：

5.权利要求1～4任一项所述正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化锂的d10为20～149μm，d50为150～500μm，d99为501～1000μm。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体的化学式为niacobb1-a-b(oh)2，0.6≤a≤1，0≤b≤0.4，b选自mn、al中的一种或两种；

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化锂和第一添加剂混合过程中的转速为600～1000rpm/min，时间为10～30min。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合物料与前驱体混合过程中的转速为200～600rpm/min，时间为10～30min。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1～4任一项所述的正极材料。

技术总结
本发明提供一种正极材料及其制备方法和应用。本发明第一方面提供一种正极材料，所述正极材料的化学式为Li<subgt;x</subgt;Ni<subgt;y</subgt;Co<subgt;z</subgt;A<subgt;1‑y‑z</subgt;O<subgt;2</subgt;，0.9≤x≤1.1，0.6≤y≤1，0≤z≤0.4，A选自Mn、Al、W、B、F、P、Ti、V、Al、Ce、Zr、Mg、Y、Sr、Nb、Mo、Sb、Ta、Ge中的一种或多种；所述正极材料表面的LiCO<subgt;3</subgt;含量为400～1200ppm，LiOH含量为3000～4500ppm，正极材料的晶胞参数c为包括所述正极材料的电池在20％SOC下，所述正极材料的锂离子扩散系数D＞2.5*10<supgt;‑13</supgt;cm<supgt;2</supgt;/S。本发明提供的正极材料有助于提高电池的容量和循环性能，避免出现产气性能恶化的问题。

技术研发人员：孙国征,于建,袁徐俊,王尊志,戚洪亮,孟祥鹤,罗帅,杨文涛,王裕生
受保护的技术使用者：宁波容百新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13