正极活性材料及其制备方法和锂离子电池与流程

本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、随着科技的快速发展和便携式电子设备、电动汽车等市场的不断扩大，对锂离子电池的能量密度、循环寿命及倍率性能等关键指标提出了越来越高的要求。比如，车用微混动电池要求瞬时放电倍率大于等于20c，循环性能大于等于3000周以上。然而，现有的锂离子电池正极活性材料在倍率性能方面仍存在显著不足，这成为制约锂离子电池进一步应用和发展的瓶颈问题。

2、具体来说，锂离子电池的倍率性能主要依赖于正极活性材料的电子传导性、离子扩散速率以及材料结构的稳定性。现有的正极活性材料虽然在一定程度上满足了市场对锂离子电池的需求，但在高倍率充放电条件下，往往表现出容量衰减快、极化现象严重等问题，导致电池的整体性能下降。

3、因此，开发具有高倍率性能的新型锂离子电池正极活性材料，已成为当前锂离子电池领域的研究热点和迫切需求。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种正极活性材料及其制备方法和锂离子电池，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

3、一种正极活性材料的制备方法，包括：

4、将镍源、钴源、锰源、含掺杂元素化合物、尿素、醇类溶剂和水混合，进行共沉淀反应，得到第一中间体，其中，所述含掺杂元素化合物中的掺杂元素包括zr、al、w、sr、b中的任意一种；

5、将所述第一中间体与锂源混合，进行第一烧结处理，得到第二中间体；

6、将所述第二中间体与m2se3混合，进行第二烧结处理，得到正极活性材料，其中，所述m2se3中的m包括in、ga中的任意一种。

7、根据本申请的实施例，以所述镍源、所述钴源、所述锰源的总质量为基准计，所述含掺杂元素化合物的添加量为1000~3000ppm。

8、根据本申请的实施例，所述镍源包括硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、乙酸镍中的任意一种；

9、所述钴源包括硫酸钴、硝酸钴、氯化钴、乙酸钴中的任意一种；

10、所述锰源包括硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、乙酸锰中的任意一种；

11、所述镍源中的镍与所述钴源中的钴、所述锰源中的锰的摩尔比为x:y:（1-x-y），其中，0<x≤0.60，0<y≤0.40；

12、和/或，所述尿素的摩尔量与所述镍源、所述钴源、所述锰源的摩尔量之和的比例为（1~2）:1；

13、和/或，所述醇类溶剂包括乙醇、丙醇、异丙醇中的至少一种；

14、和/或，所述醇类溶剂与所述水、所述尿素的质量比为1.5:1:（1~1.5）。

15、根据本申请的实施例，所述共沉淀反应的温度为70~95℃；

16、和/或，所述共沉淀反应的时间为2~5h；

17、和/或，在制备第一中间体时，所述方法还包括：向反应体系的液面下持续通入惰性气体，所述惰性气体包括氮气、氩气、氦气、氖气中的至少一种。

18、根据本申请的实施例，所述锂源包括lioh、li2co3、ch3cooli、li2c2o4、lif、li3po4中的至少一种；

19、和/或，所述第一中间体与所述锂源的摩尔比为1:（1.05-1.2）。

20、根据本申请的实施例，所述第一烧结处理包括：在300~600℃的温度下烧结2~6h，随后在650~750℃的温度下烧结2~6h、在800-950℃的温度下烧结10-20h，随后将温度降低至室温；

21、和/或，所述第一烧结处理的升温速率为1~5℃/min，所述第一烧结处理的降温速率为1~5℃/min；

22、和/或，所述第一烧结处理在氧气气氛中进行。

23、根据本申请的实施例，以所述第二中间体的质量为基准计，所述m2se3中m元素的质量为800-1500ppm。

24、根据本申请的实施例，所述第二烧结处理的温度为290-400℃，所述第二烧结处理的时间为8-12h。

25、本申请还提供一种正极活性材料，所述正极活性材料由前文所述的正极活性材料的制备方法制备得到。

26、本申请还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括前文所述的正极活性材料。

27、与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

28、本申请制备的第一中间体具有花瓣状、大比表及疏松结构，在固相合成过程中，有利于li+扩散及材料一次颗粒成型，所生成的一次颗粒为长径比极高的棒状形貌，较高的长径比有利于充放电过程中li+嵌入/脱出，提供较快的li+扩散速率，有利于正极材料在大倍率和低温条件下的容量发挥。

29、本申请制备方法中所使用的含掺杂元素化合物能够引入掺杂元素，掺杂元素具有支撑层状结构和锚定的作用，有利于提高正极活性材料的结构稳定性。本申请引入的m2se3具有提高电子电导率的作用。本申请制备的正极活性材料具有极高的长径比，li+脱出路径极短，而且该正极活性材料具有优异的高倍率性能，此外，本申请的方法具有操作简单、生产成本低的优点，有利于大规模的推广应用。

技术特征：

1.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，以所述镍源、所述钴源、所述锰源的总质量为基准计，所述含掺杂元素化合物的添加量为1000~3000ppm。

3.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述镍源包括硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、乙酸镍中的任意一种；

4.根据权利要求3所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应的温度为70~95℃；

5.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述锂源包括lioh、li2co3、ch3cooli、li2c2o4、lif、li3po4中的至少一种；

6.根据权利要求5所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述第一烧结处理包括：在300~600℃的温度下烧结2~6h，随后在650~750℃的温度下烧结2~6h、在800-950℃的温度下烧结10-20h，随后将温度降低至室温；

7.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，以所述第二中间体的质量为基准计，所述m2se3中m元素的质量为800-1500ppm。

8.根据权利要求7所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述第二烧结处理的温度为290-400℃，所述第二烧结处理的时间为8-12h。

9.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料由权利要求1-8任一项所述的正极活性材料的制备方法制备得到。

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9所述的正极活性材料。

技术总结本申请提供一种正极活性材料及其制备方法和锂离子电池，涉及锂离子电池领域。正极活性材料的制备方法包括：将镍源、钴源、锰源、含掺杂元素化合物、尿素、醇类溶剂和水混合，进行共沉淀反应，得到第一中间体，其中，所述含掺杂元素化合物中的掺杂元素包括Zr、Al、W、Sr、B中的任意一种；将所述第一中间体与锂源混合，进行第一烧结处理，得到第二中间体；将所述第二中间体与M<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;混合，进行第二烧结处理，得到正极活性材料，其中，所述M<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;中的M包括In、Ga中的任意一种。本申请制备的正极活性材料具有优异的倍率性能，而且本申请具有操作简单、生产成本低的优点，有利于大规模的推广应用。技术研发人员：栗绍业,徐亚楠,冯明辉,李威,郑丽丽,王敬华受保护的技术使用者：天力锂能集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/23