一种锂离子正极材料、锂离子电池及制备方法与流程

本发明涉及锂电池，且特别涉及一种锂离子正极材料、锂离子电池及制备方法。

背景技术：

1、目前，随着锂电池技术的发展，锂离子电池已广泛应用于混合动力汽车、电动汽车、电动摩托车、智能电网、军事装备、航空航天等众多领域中。市场对锂离子电池的各项性能提出了更高的要求，例如具有更长的续航时间、更高的安全性等。

2、现有的锂离子电池材料包括三元材料、磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料等，其中，三元材料具有放电容量高、循环性能好、价格低廉等优势，在电动汽车和大型储能领域中占据有重要地位。极化电压是反应锂离子电池内部化学反应的重要参数，极化的强弱程度会对电池的端电压和输出功率产生直接影响。减少正极材料的极化，能够有效提升锂离子电池性能。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子正极材料、锂离子电池及制备方法。

2、根据本发明的第一方面，提供一种锂离子正极材料，所述正极材料掺杂有阴离子，且满足0.104≤a≤0.7，其中，a为d003/d210与f的乘积，d003为所述正极材料在(003)晶面的晶粒尺寸，d210为所述正极材料在(210)晶面的晶粒尺寸，f为所述正极材料的微观应力。

3、在本发明的一个示例性实施例中，所述锂离子正极材料的通式为lixniycozmnrmaqo2-pmbp，其中，0.95≤x≤1.05，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤r≤1，0.001≤p＜0.10，0.001≤q＜0.10；ma选自金属阳离子，mb选自阴离子。

4、在本发明的一个示例性实施例中，所述ma选自zr4+、nb5+、w6+、sb3+、sb5+、sn4+、ti4+、mo4+和mo6+中的一种或多种，所述mb选自f-、cl-、s2-、sio32-、po43-和bo33-中的一种或多种。

5、在本发明的一个示例性实施例中，所述正极材料满足：0.234≤a≤0.483。

6、根据本发明的第二方面，提供一种如上任意一项所述的锂离子正极材料的制备方法，包括：

7、s1，采用共沉淀法制备前驱体，其中，所述前驱体的通式为niycozmnrmbp(oh)2；

8、s2，将所述前驱体、锂源与阳离子添加剂混合，烧结后得到所述锂离子正极材料。

9、在本发明的一个示例性实施例中，步骤s1中，采用共沉淀法制备前驱体，包括：按照通式niycozmnrmbp(oh)2将各金属盐与沉淀剂、络合剂、阴离子添加剂混合，进行共沉淀反应，得到所述前驱体；其中，所述阴离子添加剂为含有f-、cl-、s2-、sio32-、po43-和bo33-中一种或多种的阴离子的盐。

10、在本发明的一个示例性实施例中，步骤s1中，所述沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或多种，所述络合剂选自氨水、乙二胺四乙酸二钠、硝酸铵、氯化铵和硫酸铵中的一种或多种；共沉淀反应过程中，控制搅拌器的输入功率为0.1～1.6kw/m2·h，控制共沉淀反应温度为40～60℃，ph值为10～12,反应体系氨浓度为2～8g/l，反应时间为20～80h。

11、在本发明的一个示例性实施例中，步骤s2中，所述阳离子添加剂选自含有zr、nb、w、sb、sb、sn、ti、mo和mo中一种或多种元素的金属单质、金属氧化物或金属盐；所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氟化锂和磷酸锂的一种或多种。

12、在本发明的一个示例性实施例中，步骤s2中，烧结的温度为600～1000℃，保温时间为5～20h。

13、根据本发明的第三方面，提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上任意一项所述的正极材料。

14、本发明实施例的锂离子正极材料、锂离子电池及制备方法的有益效果是：

15、本发明实施例提供的锂离子正极材料，通过调节不同晶面的晶粒尺寸和应力，有效改善正极材料的结构稳定性，当a＝(d003/d210)*f满足0.104≤a≤0.7范围时，能够有效改善正极材料的极化，降低内阻，缩短材料的充电恒压段时间。另外，通过对锂离子电池正极材料掺杂方法的改进，通过在前驱体制备阶段掺杂阴离子元素，并在烧结时掺杂高价态过渡元素，实现晶粒取向的定向生长，降低晶格缺陷，能够提高结构的稳定性，减少极化，有效缩短材料的充电恒压段时间，提高材料的循环性能。

16、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种锂离子正极材料，其特征在于，所述正极材料掺杂有阴离子，且满足0.104≤a≤0.7，其中，a为d003/d210与f的乘积，d003为所述正极材料在(003)晶面的晶粒尺寸，d210为所述正极材料在(210)晶面的晶粒尺寸，f为所述正极材料的微观应力。

2.根据权利要求1所述的锂离子正极材料，其特征在于，所述锂离子正极材料的通式为lixniycozmnrmaqo2-pmbp，其中，0.95≤x≤1.05，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤r≤1，0.001≤p＜0.10，0.001≤q＜0.10；ma选自金属阳离子，mb选自阴离子。

3.根据权利要求2所述的锂离子正极材料，其特征在于，所述ma选自zr4+、nb5+、w6+、sb3+、sb5+、sn4+、ti4+、mo4+和mo6+中的一种或多种，所述mb选自f-、cl-、s2-、sio32-、po43-和bo33-中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的锂离子正极材料，其特征在于，所述正极材料满足：0.234≤a≤0.483。

5.一种如权利要求1～4任意一项所述的锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，采用共沉淀法制备前驱体，包括：按照通式niycozmnrmbp(oh)2将各金属盐与沉淀剂、络合剂、阴离子添加剂混合，进行共沉淀反应，得到所述前驱体；其中，所述阴离子添加剂为含有f-、cl-、s2-、sio32-、po43-和bo33-中一种或多种的阴离子的盐。

7.根据权利要求6所述的锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或多种，所述络合剂选自氨水、乙二胺四乙酸二钠、硝酸铵、氯化铵和硫酸铵中的一种或多种；共沉淀反应过程中，控制搅拌器的输入功率为0.1～1.6kw/m2·h，控制共沉淀反应温度为40～60℃，ph值为10～12,反应体系氨浓度为2～8g/l，反应时间为20～80h。

8.根据权利要求5所述的锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述阳离子添加剂选自含有zr、nb、w、sb、sb、sn、ti、mo和mo中一种或多种元素的金属单质、金属氧化物或金属盐；所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氟化锂和磷酸锂的一种或多种。

9.根据权利要求5所述的锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，烧结的温度为600～1000℃，保温时间为5～20h。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1～9任意一项所述的正极材料。

技术总结本发明提供一种锂离子正极材料、锂离子电池及制备方法。该锂离子正极材料掺杂有阴离子，且满足0.104≤A≤0.7，其中，A为D003/D210与F的乘积，D003为所述正极材料在(003)晶面的晶粒尺寸，D210为所述正极材料在(210)晶面的晶粒尺寸，F为所述正极材料的微观应力。该正极材料进行阴离子均匀掺杂，能够有效增大锂层和氧层的间距，降低锂离子的迁移势垒，并通过控制(003)晶面和(210)晶面的比值与微观应力的乘积，实现较优的晶粒生长取向，获取更多的活性面，获得的正极材料具有较低的晶格缺陷，极化明显减小，能够有效缩短材料的充电恒压段时间，提高材料的循环性能。技术研发人员：曾雷英,魏国祯,赖兰芳,肖丽娜受保护的技术使用者：厦门厦钨新能源材料股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29