[发明专利]一种正极材料、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种正极材料、其制备方法及用途，所述正极材料是由一次纳米片结合而成的二次颗粒，暴露在所述正极材料表面的所述一次纳米片的平面的二维尺寸为：第一维度尺寸为200‑400nm，第二维度尺寸为80‑150nm，二次颗粒D50为9‑14μm，一次纳米片保证了较短的锂离子和电子迁移程，倍率性能好，二次颗粒形貌提高了材料的振实密度，有利于体积能量密度的提高。本发明还提供了所述正极材料的制备方法，其简单、稳定、安全且易于大规模工业化生产正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子领域，具体涉及一种正极材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种高倍率高镍三元锂离子电池层状正极材料、其制备方法及用途。

背景技术

锂离子电池是一种能量密度高、工作电压高、循环性能好、自放电小、无记忆效应、高低温性能优良的绿色能源，被广泛用于3C、启停电源以及电动汽车领域。锂离子电池的容量主要由正极材料决定，钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的能量密度均低于180mAh/g，无法满足锂离子电池应用领域对能量密度日益增长的需求，高镍三元材料作为一种新型正极材料，其具有能量密度高、工作电压高、振实密度高的综合优势，已大量应用于3C和动力电池领域，例如特斯拉动力电池。电动工具及启停电源对正极材料倍率性能有极高的要求，需要对高镍三元材料进行特殊设计。提高倍率性能通常有包覆、掺杂两种改性方法。采用包覆改性，不仅需要额外增加包覆辅料成本，而且需要热处理，进一步增加了制造成本，工艺更加复杂。掺杂改性最大的问题是难以保证掺杂均匀。如专利CN105470454A公开了一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法，其技术要点在于分子式组成为Li_x[(Ni_0.8Co_0.15)_yM_1-y]Al_0.05O₂的化合物，其中0.9≤x≤1.3，0.005≤y0.5；M为Mg、Fe、Si、Ti、Nb、Zr或Ge。其制备方法为：将前驱体Ni_0.8Co_0.15Al_0.05(OH)_2.05和第一溶剂进行超声分散后，得到第一溶液；将得到的第一溶液与第二溶液混合，进行超声分散后得到第三溶液，再进行烘干后，得到混合粉末；第二溶液包括掺杂化合物的水溶液或乙醇溶液；将上述混合粉末与锂源化合物混合后煅烧，得到改性锂离子电池正极材料；掺杂化合物为钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸四乙酯、正硅酸乙酯、硅酸、乙醇铌、氯化镁、醋酸亚铁、氧化锆和氧化锗中的一种或多种。所述第二溶液还包括稳定剂和/或水解引发剂。所述稳定剂为乙酰丙酮、乙酰乙酯、乙酸、丙酸和乙二酸中的一种或多种；所述水解引发剂为氨水、稀盐酸、稀硝酸、乙酸和氢氧化锂中的一种或多种。但是其制备方法采用了有机溶剂，需要将溶液蒸干，不环保，且能耗大，钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸四乙酯非常容易水解，不容易控制，因此，容易造成混合不均匀。此专利中，硅元素只是简单的微量掺杂，并无特殊作用。

如专利CN107895793A，公开了一种钨掺杂硼化物包覆的锂电池正极材料及其制备方法，其技术要点在于首先将钨源溶解于水，喷洒到三元前驱体和锂源混合原料中搅拌得到干燥物料；然后装入匣钵中焙烧得到钨掺杂的三元正极材料；最后将金属硼化物加入到上述钨掺杂三元正极材料中搅拌均匀，于一定温度下烧结得到钨掺杂硼化物包覆的锂电池正极材料。钨掺杂能够显著抑制晶粒生长，缩短Li⁺的传输距离，MgB₂作为一种超导体，具有快的离子传输性质，两者共同提高材料的倍率性能。但钨的原子质量较大，相同抑制效果，所需钨质量多，且将钨溶液喷洒至前驱体与锂源的混合原料中混合，容易产生偏析，混合不均匀，导致材料粒径均匀性变差，尤其是在高倍率充放电过程中，不同粒径颗粒极化程度不一致，影响容量发挥。