[发明专利]正极材料、其制备方法及包含该正极材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，特别地涉及一种正极材料、其制备方法和包含该正极材料的锂离子电池。

背景技术

二次颗粒的三元正极材料由无数的单晶小颗粒粘接而成，于是形成了很多的晶界。由于不同单晶的晶粒取向不一致，导致在循环过程中的膨胀收缩不一致，宏观表现为晶界出现破裂，以及出现非常多的新界面，这样会影响电芯的存储及循环性能，此外，在循环过程中三元正极材料的颗粒还会出现破碎，从而导致极片的膨胀很大，最终会威胁电芯的整体安全性能。

然而，三元正极材料由于具有更高的能量密度，得到了人们越来越广泛的研究。另外，随着电动汽车的快速发展，对电池体系的能量密度要求也越来越高。

但是，在现有技术中，已有的三元正极材料却有着无法克服的缺陷。

例如，在三元正极材料NCM333以及NCM424中，Ni和Mn等比例，相对来说具有较好的结构稳定性，得到了广泛的应用，但是仍然很难满足汽车行业的要求。三元正极材料NCM523和NCM622具有较高的能量密度，因此，两者的应用也是迫在眉睫，但是NCM523和NCM622在循环过程中存在结构的相变，即尖晶石相(Rock-Salt)的生成，导致了循环的迅速恶化；此外，这种Ni含量高的材料首次效率偏低，会导致电芯整体重量的增加，从而不利于整体能量密度的提高。

发明内容

为了解决上述问题，本申请人进行了相关研究，结果发现：通过共沉淀法制备出正极材料的前驱体，然后该前驱体与锂源烧结，制备出性能优异的正极材料：Li_1+xNi_aCo_bMn_cM_dO₂，或者是将所述前驱体与锂源烧结后，再选用金属氧化物进行包覆，制备出性能优异的包覆材料，从而完成本申请。

本申请的目的在于提供一种正极材料，含有具有超晶格结构的晶体，所述晶体的化学组成如式I所示：

Li_1+xNi_aCo_bMn_cM_dO₂式I

式I中，-0.01≤x≤0.2，1.8≤a/c≤2.2，0.9≤b/c≤1.1，0≤d≤0.1，a+b+c+d＝1；M选自Mg、Ti、Zn、Zr、Al、Nb中的至少一种。

本申请的另一目的在于提供一种制备正极材料的方法，该方法包括以下步骤：

a)对含有镍离子、锰离子和钴离子的溶液进行pH值调节，将pH值调至10～12，在40℃～70℃下搅拌后，经分离、洗涤、干燥得到前驱体；

b)将含有锂源、M源的化合物与步骤a)所得前驱体混合均匀，并置于820℃～1000℃下烧结；

c)将步骤b)所得烧结后样品破碎后，经筛分得到平均粒径D50为2～10um的样品，并将筛分所得样品置于500℃～900℃下进行回火处理；

d)筛分步骤c)所得回火处理后的样品，得到平均粒径D50为2～10um的样品，即为所述正极材料。

本申请的另一目的在于提供一种正极材料的制备方法，至少包括以下步骤：

a)对含有镍离子、锰离子和钴离子的溶液进行pH值调节，将pH值调至10～12，在40℃～70℃下搅拌后，经分离、洗涤、干燥得到前驱体；

b)将含有锂源、M源的化合物与步骤a)所得前驱体混合均匀，并置于820℃～1000℃下烧结；

c’)将步骤b)所得烧结后样品破碎后，经筛分得到平均粒径D50为2～10um的样品，并对筛分后的样品进行包覆处理；

d’)将步骤c’)所得包覆处理后的样品置于500℃～900℃下进行回火处理；

e)筛分步骤d’)所得回火处理后的样品，得到平均粒径D50为2～10um的样品，即为所述正极材料。

本申请的再一目的在于提供一种锂离子电池，包括本申请所提供的正极材料以及由本申请提供的制备方法所制备得到的正极材料中的至少一种。

本申请提供的正极材料具备优异的结构稳定性，颗粒具备很少或者没有晶界存在，并且具备较低的颗粒破碎的概率，此外本申请提供的正极材料具有较小的晶体体积变化和较小的锂镍混排度。将本申请提供的正极材料应用到锂离子电池中，能够提高锂离子电池的循环性能，首次充放电效率。

另外，本申请提供的正极材料的制备方法中所采用的生产工艺简单，易于实现，且成本低，可大规模的应用于工业生产中。

附图说明