[发明专利]三元材料及其制备方法、锂离子电池和用电设备

说明书

本申请提供了一种三元材料及其制备方法、锂离子电池和用电设备。三元正极材料的稳定系数K满足：1.17≤K≤1.96，K=（1‑△c）×△E，其中，4.11%≤△c≤5.81%，1.23≤△E≤2.05，△c为三元正极材料脱嵌锂过程中c方向的晶格常数变化率，△E为三元正极材料的Li/Ni交换能。本申请通过控制三元正极材料的稳定系数K满足1.17≤K≤1.96，而使三元正极材料脱嵌锂过程中c方向具有较低的晶格常数变化率△c和较高的Li/Ni交换能△E，进一步提高三元正极材料的结构稳定性。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种三元材料及其制备方法、锂离子电池和用电设备。

背景技术

自上世纪九十年代以来，锂离子电池已经被广泛应用于各类便携式电子设备。随着近年来新能源汽车的飞速发展，亟需高能量密度的锂离子电池来满足其动力和里程需求，其中，制约锂离子电池容量的主要因素为正极材料，但传统锂离子电池正极材料，如钴酸锂、磷酸铁锂等的实际容量均低于200mAh/g，因此开发高容量的正极材料是提升锂离子电池容量的有效途径之一。

在众多锂离子电池的正极材料中，相比于传统LiNiO₂、LiCoO₂和LiMnO₂材料，层状镍钴锰（NCM）三元正极材料具有较稳定的结构，较好的循环性能，较高的容量以及价格低廉等优点，成为极具发展前景的正极材料。但是NCM三元正极材料在循环过程中存在结构稳定性差的问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种三元材料及其制备方法、锂离子电池和用电设备，以解决现有技术中NCM三元正极材料在循环过程中存在结构稳定性差的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种三元正极材料，该三元正极材料的稳定系数K满足：1.17≤K≤1.96，K=（1-△c）×△E，其中，4.11%≤△c≤5.81%，1.23≤△E≤2.05，△c为三元正极材料的脱嵌锂过程中c方向晶格常数变化率，△E为三元正极材料的Li/Ni交换能。

进一步地，K满足：1.70≤K≤1.96，其中，4.11%≤△c≤4.50%，和/或，1.75≤△E≤2.05。

进一步地，该三元正极材料的化学式为Li_a[Ni_0.8-x-y-zCo_0.1Mn_0.1Mo_xA_yB_z]O₂，其中，0.95a1.05，0x≤0.1，0≤y≤0.1，0≤z≤0.1，且x+y+z≤0.1；A包括Fe、Al、Zr或Ti中的至少一种，B包括Nb、Ta或Ru中的至少一种。

进一步地，A包括Al或Zr中的至少一种；和/或，B包括Ta或Ru中的至少一种。

进一步地，0.03≤x≤0.07，优选0.04≤x≤0.06；和/或，0.01≤y≤0.05，0.01≤z≤0.05，且0.03≤y+z≤0.07，优选0.04≤y+z≤0.06。

进一步地，上述三元正极材料具有层状晶体结构，空间群为R-3m。

根据本申请的另一方面，提供了一种三元正极材料的制备方法，该制备方法包括：

步骤S1，将可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐和可溶性钼盐通过共沉淀反应制备得到镍钴锰钼氢氧化物前驱体；优选以金属元素计，所述可溶性镍盐、所述可溶性钴盐、所述可溶性锰盐和所述可溶性钼盐的摩尔比为N:0.1:0.1:X；0.7≤N＜0.8，0＜X≤0.1，且0.75N+X0.85；

步骤S2，将所述镍钴锰钼氢氧化物前驱体、锂源、任选的A源及任选的B源混合煅烧，得到三元正极材料，优选所述镍钴锰钼氢氧化物前驱体、锂源、A源和B源的摩尔比为1:（1-1.1）:Y:Z，0≤Y≤0.1，0≤Z≤0.1；