正极材料及其制备方法、正极极片和二次电池与流程

本申请涉及电池，特别是涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片和二次电池。

背景技术：

1、钴酸锂因其具有较高的比容量(274mah/g)、较好的压实特性，成为锂离子电池的常用正极材料之一。然而，常规的钴酸锂材料在较高的电压下会出现不可逆的相转变、界面稳定性下降及安全性能等现象。这种材料本身的变化会严重影响其容量发挥和高温循环电性能，限制材料的实际应用。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供了一种正极材料及其制备方法、正极极片和二次电池，旨在提升正极材料在高电压下的首次放电比容量和高温循环电性能等。

2、第一方面，本申请提供了正极材料，包括内核和包覆所述内核至少部分表面的包覆层，所述内核包含化学式为lico1-mqmo2-nan的材料，其中，q元素包括al、zr、mg、ti、ni、mn、y、la、w、ce、zn、nb、v和b中的至少一种，a元素包括p、f、cl和s中的至少一种；0≤m≤0.005，0≤n≤0.005；

3、所述包覆层的材料包括化学式为limxco1-xo2-yzy的材料，其中，m元素包括al、la、zr、ti、y、mg、ni、mn、nb、ce、v、w、ta、mo、li、ca、k、na和cr中的至少一种，z元素包括p、f、cl和s中的至少一种；0.0005≤x≤0.009，0.0001≤y≤0.009。

4、在一些实施方式中，所述正极材料的中值粒径dv50为14μm~18μm。

5、在一些实施方式中，所述正极材料的比表面积为0.16m2/g~0.42m2/g。

6、在一些实施方式中，所述正极材料的振实密度≥2.8g/cm3。

7、在一些实施方式中，所述正极材料的压实密度≥3.7g/cm3。

8、第二方面，本申请提供了一种正极材料的制备方法，所述正极材料的制备方法包括：

9、制备包含化学式为lico1-mqmo2-nan的内核，其中，q元素包括al、zr、mg、ti、ni、mn、y、la、w、ce、zn、nb、v和b中的至少一种，a元素包括p、f、cl和s中的至少一种；0≤m≤0.005，0≤n≤0.005；

10、将所述内核、掺杂型钴源和包覆剂混合得到混合料，经过煅烧后以在所述内核的至少部分表面形成包覆层，得到所述正极材料；

11、所述正极材料包括所述内核和包覆所述内核至少部分表面的包覆层；所述包覆层包括化学式为limxco1-xo2-yzy的材料，其中，m元素包括al、la、zr、ti、y、mg、ni、mn、nb、ce、v、w、ta、mo、li、ca、k、na和cr中的至少一种，z元素包括p、f、cl和s中的至少一种；0.0005≤x≤0.009，0.0001≤y≤0.009。

12、在一些实施方式中，所述内核包括第一颗粒和第二颗粒，所述第一颗粒的中值粒径dv50大于所述第二颗粒的中值粒径dv50。

13、在一些实施方式中，所述第一颗粒的中值粒径dv50为17μm~20μm。

14、在一些实施方式中，所述第二颗粒的中值粒径dv50为3μm~7μm。

15、在一些实施方式中，所述第一颗粒和所述第二颗粒的质量比为（3~6）:1。

16、在一些实施方式中，所述掺杂型钴源包括钴源基材以及掺杂于所述钴源基材中的掺杂元素。

17、在一些实施方式中，所述掺杂元素包括al、la、zr、ti、y、mg、ni、mn、nb、ce、v、w、ta、mo和cr中的至少一种。

18、在一些实施方式中，所述钴源基材包括四氧化三钴、氢氧化钴、氧化亚钴、硝酸钴、硫酸钴和羟基氧化钴中的至少一种。

19、在一些实施方式中，以掺杂型钴源为基准，所述掺杂型钴源中所述掺杂元素的质量含量为500ppm~15000ppm。

20、在一些实施方式中，所述掺杂型钴源的质量为所述内核的质量的2%~7%。

21、在一些实施方式中，所述包覆剂包括金属氧化物和金属氟化物中的至少一种。

22、可选地，所述包覆剂中的金属元素包括al、la、zr、ti、y、mg、li、ni、mn、nb、ce、v、mo、ca、k、na和cr中的至少一种。

23、在一些实施方式中，所述包覆剂为所述内核的质量的0.2%~3%。

24、在一些实施方式中，所述煅烧的温度为700℃~900℃，时间为7h~12h，气氛为含氧气氛。

25、第三方面，本申请提供了一种正极极片，包括如第一方面所述的正极材料以及如第二方面所述的制备方法制得的正极材料中的至少一种。

26、第四方面，本申请提供了一种二次电池，包括如第三方面所述的正极极片。

27、与传统技术相比，本申请至少具有如下有益效果：

28、上述正极材料中包覆物质形成了含有limxco1-xo2-yny材料的包覆层，且至少部分覆盖在内核表面，包覆层的存在能够有效保护正极材料，不受电解液侵蚀，抑制co的溶出和析氧等副反应的发生，提升了正极材料在高电压下的首次放电比容量、高温循环电性能和高温浮充电性能等。而且包覆物质中掺杂型钴源可与内核表面的残余锂发生原位反应形成与内核紧密结合的包覆层，能够防止内核和包覆层的分离，同时可消减内核表面残余碱对材料性能的影响，为提升正极材料的电化学性能奠定了良好的基础。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，包括内核和包覆所述内核至少部分表面的包覆层，所述内核包含化学式为lico1-mqmo2-nan的材料，其中，q元素包括al、zr、mg、ti、ni、mn、y、la、w、ce、zn、nb、v和b中的至少一种，a元素包括p、f、cl和s中的至少一种；0≤m≤0.005，0≤n≤0.005；

2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料满足如下条件中的至少一个：

3.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料的制备方法包括：

4.如权利要求3所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述内核包括第一颗粒和第二颗粒，所述第一颗粒的中值粒径dv50大于所述第二颗粒的中值粒径dv50；

5.如权利要求3所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂型钴源包括钴源基材以及掺杂于所述钴源基材中的掺杂元素；

6.如权利要求3所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂型钴源的质量为所述内核的质量的2%~7%。

7.如权利要求3所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述包覆剂包括金属氧化物和金属氟化物中的至少一种；

8.如权利要求3-7任一项所述正极材料的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为700℃~900℃，时间为7h~12h，气氛为含氧气氛。

9.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求1或2所述的正极材料以及权利要求3~8任一项所述的制备方法制得的正极材料中的至少一种。

10.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极极片。

技术总结本申请涉及电池技术领域，提供了一种正极材料及其制备方法、正极极片和二次电池，正极材料包括内核和包覆内核至少部分表面的包覆层，内核包含化学式为LiCo<subgt;1‑m</subgt;Q<subgt;m</subgt;O<subgt;‑n</subgt;A<subgt;n</subgt;的材料，0≤m≤0.005，0≤n≤0.005；包覆层的材料包括化学式为LiM<subgt;x</subgt;Co<subgt;1‑x</subgt;O<subgt;2‑y</subgt;Z<subgt;y</subgt;的材料，0.0005≤x≤0.009，0.0001≤y≤0.009。本申请正极材料在高电压下首次放电比容量高且高温循环电性能好。技术研发人员：范浩东,朱亚亭,李平宽,智晋峰,李春红受保护的技术使用者：天津巴莫科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2