本发明涉及锂离子电池正极材料,具体而言,涉及正极材料、制备方法及应用。
背景技术:
1、电动汽车的快速发展让新能源行业随之蓬勃发展,作为电动汽车最重要的三电组分之一的电源也迎来了巨大的机遇和挑战,对电源使用寿命、安全性、能量密度等的要求使得锂离子电池得到了空前的关注,正极材料的种类繁多,三元正极材料虽是最有应用前景的材料,但三元正极材料,特别是高镍正极材料,都存在着高电压下的结构不稳定情况,从而影响材料电化学性能,因此,如何提高三元正极材料的稳定性尤其必要。
2、鉴于此,特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供正极材料、制备方法及应用,提高正极材料的循环性能。
2、本发明是这样实现的:
3、第一方面,本发明提供一种正极材料,包括化学通式为linixcoymnzzrambo2的内核,其中,0.3≤x≤1,y≥0,z≥0,a>0,b≥0,所述m包括铝、铈、钼、钛、锶、钇、钨、钽和铌中的至少一种;所述内核上包覆有zrsio4。
4、在可选的实施方式中,包覆层中锆元素在正极材料中的含量为1000ppm-5000ppm;
5、和/或,所述内核中,锆元素的含量为1000ppm-4000ppm;
6、和/或,所述内核中,0.4≤x≤0.8,0<a≤0.1,0≤b≤0.1。
7、第二方面,本发明提供一种前述实施方式所述的正极材料的制备方法,包括:对内核与硅酸锆的混合物进行煅烧,得到所述正极材料。
8、在可选的实施方式中,所述煅烧温度为400℃-750℃,保温时间为5h-10h;
9、优选地,煅烧步骤中的升温速度为0.5℃/min-3℃/min;
10、优选地,煅烧的气氛为含氧气氛。
11、在可选的实施方式中,还包括内核的制备:将镍钴锰三元材料前驱体与锆源、m源和锂源的混合物置于氧气气氛中烧结,接着进行粉碎,得到所述内核。
12、在可选的实施方式中,所述锆源为氧化锆、氢氧化锆、硝酸锆、硫酸锆和氯化锆中的至少一种;
13、和/或,所述m源为m的氧化物;
14、和/或,所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、草酸锂、硝酸锂和氧化锂中的至少一种;
15、和/或,所述镍钴锰三元材料前驱体中镍钴锰元素的总摩尔量与锂源中锂的摩尔比为1:(1.03-1.06)。
16、在可选的实施方式中,烧结包括一段烧结和二段烧结,所述一段烧结温度为450℃-750℃,保温时间为2h-4h;所述二段烧结温度为800℃-1000℃,保温时间为1h-8h;
17、优选地,一段烧结前的升温速率为3℃/min-5℃/min;
18、优选地,一段烧结和二段烧结之间的升温程序中,升温速率为0.5℃/min-3℃/min;
19、优选地,烧结气氛为氧气。
20、第三方面,本发明提供一种正极极片,包括前述实施方式所述的正极材料或前述实施方式任意一项所述方法制备得到的正极材料。
21、第四方面,本发明提供一种锂离子电池,包括前述实施方式所述的正极极片。
22、第五方面,本发明提供一种涉电设备,包括前述实施方式所述的锂离子电池。
23、本发明具有以下有益效果:
24、本发明实施方式提供的正极材料以硅酸锆为包覆剂,锆元素与硅元素的共包覆相结合,使得正极材料表面包覆剂与内部内核的结合稳定,达到改善三元材料表面结构,进而改善电性能的目的;另外,硅酸锆具有价格低廉、资源丰富的优点,且硅酸锆具有优异的高温稳定性和耐腐蚀性,可以隔绝电解液对正极材料的侵蚀,锆和硅又可以与hf部分反应,减少有害气体的产生,从而提高正极材料的循环和存储等电化学性能。
25、当a大于0时,内核和包覆层中均含有锆元素,锆元素可以作为锚点,实现锆元素的掺包结合,提高材料的锂离子传输能力。
1.一种正极材料,其特征在于,包括化学通式为linixcoymnzzrambo2的内核,其中,0.3≤x≤1,y≥0,z≥0,a>0,b≥0,所述m包括铝、铈、钼、钛、锶、钇、钨、钽和铌中的至少一种;所述内核上包覆有zrsio4。
2.根据权利要求1所述的正极材料,其特征在于包覆层中锆元素在正极材料中的含量为1000ppm-5000ppm;
3.一种权利要求1或2所述的正极材料的制备方法,其特征在于,包括:对内核与硅酸锆的混合物进行煅烧,得到所述正极材料。
4.根据权利要求3所述的正极材料的制备方法,其特征在于,煅烧温度为400℃-750℃,保温时间为5h-10h;
5.根据权利要求3所述的正极材料的制备方法,其特征在于,还包括内核的制备:将镍钴锰三元材料前驱体与锆源、m源和锂源的混合物置于氧气气氛中烧结,接着进行粉碎,得到所述内核。
6.根据权利要求5所述的正极材料的制备方法,其特征在于,所述锆源为氧化锆、氢氧化锆、硝酸锆、硫酸锆和氯化锆中的至少一种;
7.根据权利要求5所述的正极材料的制备方法,其特征在于,烧结包括一段烧结和二段烧结,所述一段烧结温度为450℃-750℃,保温时间为2h-4h;所述二段烧结温度为800℃-1000℃,保温时间为1h-8h;
8.一种正极极片,其特征在于,包括权利要求1或2所述的正极材料或权利要求3-7任意一项所述方法制备得到的正极材料。
9.一种锂离子电池,其特征在于,包括权利要求8所述的正极极片。
10.一种涉电设备,其特征在于,包括权利要求9所述的锂离子电池。
