包覆改性的正极材料及其制备方法、正极极片、锂离子电池和用电装置与流程

本申请涉及锂离子电池，特别是涉及一种包覆改性的正极材料及其制备方法、正极极片、锂离子电池和用电装置。

背景技术：

1、高镍三元正极材料具有更高的能量密度与较低的综合成本，是高端新能源汽车的理想选择。高镍三元正极材料是未来几年高镍正极材料的主流技术路线。然而，高镍三元正极材料随着镍含量的提高，材料的结构稳定性降低，导致循环性能变差。

2、因此，使得高镍三元正极材料兼具高容量和长循环性能是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种具有高容量且循环性能优异的包覆改性的正极材料及其制备方法、正极极片、锂离子电池和用电装置。

2、本申请的第一方面提供了一种包覆改性的正极材料，包括：

3、基体，所述基体的材料包括锂镍钴锰氧化物；及

4、复合包覆层，所述复合包覆层在所述基体的表面呈岛状包覆，所述复合包覆层包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层含有li以及al、ce、co、sr、ti和w中的至少一种元素，所述第二包覆层含有li以及al、b、f、p和w中的至少一种元素。

5、在一些实施例中，所述包覆改性的正极材料具有下述特征(1)-(5)中的至少一项：

6、(1)所述锂镍钴锰氧化物的化学式为limniacobmncmdo2，其中0.95＜m＜1.15，0.8≤a≤0.98，0.15≤b≤0.05，0.1≤c≤0.01，0＜d≤0.5， m元素包含sr、al、ca、w、mo、v、y、zr和nb中的一种或多种；

7、(2)所述第一包覆层的质量占所述基体的质量的0.05%-3.5%；

8、(3)所述第二包覆层的质量占所述基体的质量的0.05%-0.5%；

9、(4)所述包覆改性的正极材料的比表面积为0.5m2·g-1-1.5m2·g-1；

10、(5)所述包覆改性的正极材料的残余碱含量为0.1wt%-0.8wt%。

11、本申请的第二方面提供了一种本申请第一方面的包覆改性的正极材料的制备方法，包括如下步骤：

12、将包括所述基体和添加剂a的混合物料进行第一焙烧处理，以在所述基体的表面形成第一包覆层，制备中间体1；所述添加剂a包含元素a，所述元素a包括al、ce、co、sr、ti和w中的至少一种元素；

13、将所述中间体1依次进行淋洗处理、烘干处理和热处理，制备中间体2；

14、将包括所述中间体2和添加剂b的混合物料进行第二焙烧处理，制备所述包覆改性的正极材料；所述添加剂b包含元素b，所述元素b包括al、b、f、p和w中的至少一种元素。

15、在一些实施例中，所述热处理的温度为500℃-900℃；和/或

16、所述热处理的时间为4h-10h；和/或

17、所述热处理的气氛的氧含量为90vol%-99.9vol%。

18、在一些实施例中，进行所述淋洗处理时，所述中间体1的质量占所述中间体1和采用的水的总质量的50%-80%；和/或

19、所述淋洗处理的时间为0.5min-1.5min。

20、在一些实施例中，所述制备方法还包括如下条件中的至少一项：

21、(1)所述第一焙烧处理的温度为550℃-750℃，时间为4h-10h，升温速率为≤5℃/min，焙烧氛围中氧气含量为20.9vol%-99.9vol%；

22、(2)所述添加剂a包括含有所述a元素的氧化物、氢氧化物和碳酸盐中的一种或多种；

23、(3)所述添加剂a的质量占所述基体的质量的0.5wt%-5.0wt%；

24、(4)所述烘干处理的温度为100℃-200℃，时间为1h-5h；

25、(5) 所述第二焙烧处理的温度为200℃-500℃，时间为6h-20h，升温速率为≤5℃/min，焙烧氛围中氧气含量为20.9vol%-99.9vol%；

26、(6)所述添加剂b包括含有所述b元素的氧化物和氢氧化物中的一种或多种；

27、(7)所述添加剂b的质量占所述中间体2的质量的0.05wt%-0.50wt%。

28、在一些实施例中，所述基体的制备方法包括：

29、将前驱体、锂盐和添加剂c混合后依次进行第三焙烧处理和第四焙烧处理，制备所述基体；

30、可选地，所述前驱体的化学式为(nixcoymnz)(oh)2，其中，0.8≤x≤1，0≤y≤0.1，0≤z≤0.1；

31、可选地，所述锂盐包括氢氧化锂和碳酸锂中的一种或多种；

32、可选地，所述添加剂c含有c元素，所述c元素包括sr、al、ca、w、mo、v、y、zr和nb中的一种或多种；

33、可选地，所述添加剂c含有c元素，所述添加剂c包括含有所述c元素的氧化物、氢氧化物和碳酸盐中的一种或多种；

34、可选地，所述添加剂c的质量占所述前驱体质量的0.05wt%-1.00wt%；

35、可选地，所述第三焙烧处理的温度为550℃-700℃，时间为4h-10h，升温速率为≤5℃/min，焙烧氛围中氧气含量为80vol%-99.9vol%；

36、可选地，所述第四焙烧处理的温度为700℃-1000℃，时间为10h-20h，升温速率为≤5℃/min，焙烧氛围中氧气含量为90vol%-99.9vol%；

37、可选地，所述基体的粒度满足：d0≥0.3μm，2.0μm≤d50≤5.0μm，d100≤25.0μm；

38、可选地，采用高混机混合所述前驱体、所述锂盐和所述添加剂c，所述高混机的转速为800rpm-1500rpm，混合时间为20min-60min。

39、本申请的第三方面提供了一种正极极片，包括本申请第一方面的包覆改性的正极材料或采用本申请第二方面的制备方法制备得到的包覆改性的正极材料。

40、本申请的第四方面提供了一种锂离子电池，包括本申请第三方面的正极极片。

41、本申请的第五方面提供了一种用电装置，包括本申请第四方面的锂离子电池。

42、上述提供的包覆改性的正极材料，材料结构稳定，同时具有高容量和优异的长循环性能。

43、上述提供的包覆改性的正极材料的制备方法，在淋洗前对基体进行首次包覆，通过化学反应消耗基体表面残余碱，同时形成的包覆层减少了淋洗过程中晶格锂的脱出，确保了正极材料的高容量性能。采用淋洗的方式对中间体1进行水洗，既有利于降低最后制得的正极材料表面的残余碱，同时对材料表面结构的破坏降到最低，稳定了材料结构，确保了正极材料的长循环性能。淋洗后进行热处理，可缓解或恢复淋洗工序对材料的破坏，再次稳定了材料表面结构，确保正极材料的长循环性能。

技术特征：

1.一种包覆改性的正极材料，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的包覆改性的正极材料，其特征在于，所述包覆改性的正极材料具有下述特征(1)-(5)中的至少一项：

3.一种如权利要求1至2任一项所述的包覆改性的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为500℃-900℃；和/或

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，进行所述淋洗处理时，所述中间体1的质量占所述中间体1和采用的水的总质量的50%-80%；和/或

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括如下条件中的至少一项：

7.如权利要求3至6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基体的制备方法包括：

8.一种正极极片，其特征在于，包括如权利要求1至2任一项所述的包覆改性的正极材料或采用如权利要求3至7任一项所述的制备方法制备得到的包覆改性的正极材料。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的正极极片。

10.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的锂离子电池。

技术总结本申请提供了一种包覆改性的正极材料及其制备方法、正极极片、锂离子电池和用电装置，包覆改性的正极材料包括基体和在基体的表面呈岛状包覆的复合包覆层；基体的材料包括锂镍钴锰氧化物，复合包覆层包括第一包覆层和第二包覆层，第一包覆层含有Li以及Al、Ce、Co、Sr、Ti和W中的至少一种元素，第二包覆层含有Li以及Al、B、F、P和W中的至少一种元素。本申请提供的包覆改性的正极材料，材料结构稳定，同时具有高容量和优异的长循环性能。技术研发人员：付佳莉,徐宁,吕菲,吉长印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：2024/10/10