[发明专利]一种正极材料、及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种正极材料，所述正极材料包括基体材料和分布在所述基体材料的表面及基体材料一次颗粒之间的镨酸锂。所述基体材料的化学通式为Lisubgt;z/subgt;Nisubgt;1‑x‑y/subgt;Cosubgt;x/subgt;Msubgt;y/subgt;Osubgt;2/subgt;，0≤x≤0.35，0≤y≤0.6，0.95≤z≤1.30，M为Mn、Al、V、Mg、Mo、Nb和Ti中的任意一种或至少两种的组合。所述镨酸锂的化学式为Lisubgt;a/subgt;PrOsubgt;b/subgt;，2≤2b‑a≤4，所述镨酸锂中镨元素的摩尔量与基体材料中Ni、Co、M元素总摩尔量比为0.05％～2.00％:1。本发明采用镨酸锂分布在基体材料的表面及基体材料一次颗粒之间，进而赋予正极材料良好的电化学性能，在1C电流密度下，循环50周的容量保持率≥91.6％。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种正极材料、及其制备方法和用途。

背景技术

智能设备层出不穷，有力地促进了锂离子电池的发展。同时，新能源汽车产业的蓬勃发展，更为锂离子电池的应用开辟了新的蓝海。然而，续航时间上困扰严重影响着消费体验。为了更加适应市场，必须持续提高锂离子电池的能量密度。

一直以来，锂离子电池的能量密度主要受限于正极材料。当前，提升锂离子电池能量密度的最成熟的路径是加快三元正极材料、尤其是高镍三元正极材料的商业化应用。但是，三元正极材料在实际应用中也存在问题，其中比较棘手的问题即是循环差的问题，其原因主要有：1.在充放电循环中因为正极材料体积的反复伸缩变化导致二次球形颗粒破裂；2.正极材料高反应活性的表面与电解液发生副反应，表面生成钝化层并消耗电解液；3.正极材料的层状结构逐渐向岩盐结构转变；4.正极材料中的反应金属离子溶解入电解液中。

CN103855384B公开了一种稀土掺杂改性的锂离子电池三元正极材料及其制备方法，材料化学通式为：LiNi_aCo_1-a-bMn_bR_xO₂/M，其中0a1，0b1，01-a-b1，0.005x0.1，R为稀土镧、铈、镨和钐中的一种或几种，M为铝、钛或镁的氧化物与碳的复合包覆层。所述制备方法包括：将可溶性的金属镍盐、钴盐和锰盐及稀土化合物配制成混合盐溶液，与NaOH和氨水配制成的混合碱溶液反应，经过过滤、洗涤和干燥后，与锂盐粉末球磨均匀混合，并经高温煅烧，包覆含铝、钛或镁的氧化物与碳的复合包覆层，然后恒温煅烧而制得。所述方法制备工艺复杂，无法满足工业化生产。

CN107579224A公开了掺杂稀土离子的镍钴锰三元材料的制备方法，其特征在于所述掺杂稀土离子化合物为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、钇或钪的氧化物、硝酸盐、草酸盐、氯化物或碳酸盐。将镍、钴、锰和稀土离子的化合物混合，通过湿磨、加氨水、加锂的化合物、陈化、干燥等步骤制备干燥的前驱物。将干燥的前驱物置于富氧空气或纯氧气氛，采用程序升温法或逐温区升温法制得掺杂稀土离子的三元正极材料，所述材料的循环性能较差。

CN103872325B公开了一种镨钴磷掺杂的硅酸锰锂复合正极材料的制备方法，该镨钴磷掺杂的硅酸锰锂的化学式为LiMn_1-x-yCo_xPr_ySi_1-zP_zO₄，其中：x为0.2～0.25，y为0.01～0.02，z为0.22～0.34。所述制备方法包括如下步骤：(1)制备镨钴磷掺杂的硅酸锰锂前驱体；(2)热处理之后粉碎获得前驱体粉体，将炭黑和活性炭分散到丙酮，形成导电碳分散液，将前驱体粉体与上述导电碳分散液混合，将混合料球磨；(3)干燥，置于摩尔比为1:1的CO/CO₂混合物吹扫间歇式转炉中，烧结，研磨过筛，得到产品。本发明制备的镨钴磷掺杂的硅酸锰锂复合正极材料，在硅酸锰锂中掺杂稀土元素Pr和金属元素Co对Mn进行改性、并以P元素代替部分Si元素以提高电子导电率和物质活性。所述方法制备工艺复杂，无法满足工业化生产。