本申請(qǐng)涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種正極活性材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的快速發(fā)展和便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)等市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)鋰離子電池的能量密度、循環(huán)壽命及倍率性能等關(guān)鍵指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求。比如，車(chē)用微混動(dòng)電池要求瞬時(shí)放電倍率大于等于20c，循環(huán)性能大于等于3000周以上。然而，現(xiàn)有的鋰離子電池正極活性材料在倍率性能方面仍存在顯著不足，這成為制約鋰離子電池進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。

2、具體來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的倍率性能主要依賴于正極活性材料的電子傳導(dǎo)性、離子擴(kuò)散速率以及材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。現(xiàn)有的正極活性材料雖然在一定程度上滿足了市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池的需求，但在高倍率充放電條件下，往往表現(xiàn)出容量衰減快、極化現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題，導(dǎo)致電池的整體性能下降。

3、因此，開(kāi)發(fā)具有高倍率性能的新型鋰離子電池正極活性材料，已成為當(dāng)前鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和迫切需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種正極活性材料及其制備方法和鋰離子電池，以解決上述問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案：

3、一種正極活性材料的制備方法，包括：

4、將鎳源、鈷源、錳源、含摻雜元素化合物、尿素、醇類(lèi)溶劑和水混合，進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到第一中間體，其中，所述含摻雜元素化合物中的摻雜元素包括zr、al、w、sr、b中的任意一種；

5、將所述第一中間體與鋰源混合，進(jìn)行第一燒結(jié)處理，得到第二中間體；

6、將所述第二中間體與m2se3混合，進(jìn)行第二燒結(jié)處理，得到正極活性材料，其中，所述m2se3中的m包括in、ga中的任意一種。

7、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，以所述鎳源、所述鈷源、所述錳源的總質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，所述含摻雜元素化合物的添加量為1000~3000ppm。

8、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述鎳源包括硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、乙酸鎳中的任意一種；

9、所述鈷源包括硫酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷、乙酸鈷中的任意一種；

10、所述錳源包括硫酸錳、硝酸錳、氯化錳、乙酸錳中的任意一種；

11、所述鎳源中的鎳與所述鈷源中的鈷、所述錳源中的錳的摩爾比為x:y:（1-x-y），其中，0<x≤0.60，0<y≤0.40；

12、和/或，所述尿素的摩爾量與所述鎳源、所述鈷源、所述錳源的摩爾量之和的比例為（1~2）:1；

13、和/或，所述醇類(lèi)溶劑包括乙醇、丙醇、異丙醇中的至少一種；

14、和/或，所述醇類(lèi)溶劑與所述水、所述尿素的質(zhì)量比為1.5:1:（1~1.5）。

15、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述共沉淀反應(yīng)的溫度為70~95℃；

16、和/或，所述共沉淀反應(yīng)的時(shí)間為2~5h；

17、和/或，在制備第一中間體時(shí)，所述方法還包括：向反應(yīng)體系的液面下持續(xù)通入惰性氣體，所述惰性氣體包括氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣中的至少一種。

18、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述鋰源包括lioh、li2co3、ch3cooli、li2c2o4、lif、li3po4中的至少一種；

19、和/或，所述第一中間體與所述鋰源的摩爾比為1:（1.05-1.2）。

20、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述第一燒結(jié)處理包括：在300~600℃的溫度下燒結(jié)2~6h，隨后在650~750℃的溫度下燒結(jié)2~6h、在800-950℃的溫度下燒結(jié)10-20h，隨后將溫度降低至室溫；

21、和/或，所述第一燒結(jié)處理的升溫速率為1~5℃/min，所述第一燒結(jié)處理的降溫速率為1~5℃/min；

22、和/或，所述第一燒結(jié)處理在氧氣氣氛中進(jìn)行。

23、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，以所述第二中間體的質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，所述m2se3中m元素的質(zhì)量為800-1500ppm。

24、根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述第二燒結(jié)處理的溫度為290-400℃，所述第二燒結(jié)處理的時(shí)間為8-12h。

25、本申請(qǐng)還提供一種正極活性材料，所述正極活性材料由前文所述的正極活性材料的制備方法制備得到。

26、本申請(qǐng)還提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括前文所述的正極活性材料。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果包括：

28、本申請(qǐng)制備的第一中間體具有花瓣?duì)睢⒋蟊缺砑笆杷山Y(jié)構(gòu)，在固相合成過(guò)程中，有利于li+擴(kuò)散及材料一次顆粒成型，所生成的一次顆粒為長(zhǎng)徑比極高的棒狀形貌，較高的長(zhǎng)徑比有利于充放電過(guò)程中l(wèi)i+嵌入/脫出，提供較快的li+擴(kuò)散速率，有利于正極材料在大倍率和低溫條件下的容量發(fā)揮。

29、本申請(qǐng)制備方法中所使用的含摻雜元素化合物能夠引入摻雜元素，摻雜元素具有支撐層狀結(jié)構(gòu)和錨定的作用，有利于提高正極活性材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本申請(qǐng)引入的m2se3具有提高電子電導(dǎo)率的作用。本申請(qǐng)制備的正極活性材料具有極高的長(zhǎng)徑比，li+脫出路徑極短，而且該正極活性材料具有優(yōu)異的高倍率性能，此外，本申請(qǐng)的方法具有操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種正極活性材料的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，以所述鎳源、所述鈷源、所述錳源的總質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，所述含摻雜元素化合物的添加量為1000~3000ppm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，所述鎳源包括硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、乙酸鎳中的任意一種；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，所述共沉淀反應(yīng)的溫度為70~95℃；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，所述鋰源包括lioh、li2co3、ch3cooli、li2c2o4、lif、li3po4中的至少一種；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，所述第一燒結(jié)處理包括：在300~600℃的溫度下燒結(jié)2~6h，隨后在650~750℃的溫度下燒結(jié)2~6h、在800-950℃的溫度下燒結(jié)10-20h，隨后將溫度降低至室溫；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，以所述第二中間體的質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，所述m2se3中m元素的質(zhì)量為800-1500ppm。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正極活性材料的制備方法，其特征在于，所述第二燒結(jié)處理的溫度為290-400℃，所述第二燒結(jié)處理的時(shí)間為8-12h。

9.一種正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料由權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的正極活性材料的制備方法制備得到。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括權(quán)利要求9所述的正極活性材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N正極活性材料及其制備方法和鋰離子電池，涉及鋰離子電池領(lǐng)域。正極活性材料的制備方法包括：將鎳源、鈷源、錳源、含摻雜元素化合物、尿素、醇類(lèi)溶劑和水混合，進(jìn)行共沉淀反應(yīng)，得到第一中間體，其中，所述含摻雜元素化合物中的摻雜元素包括Zr、Al、W、Sr、B中的任意一種；將所述第一中間體與鋰源混合，進(jìn)行第一燒結(jié)處理，得到第二中間體；將所述第二中間體與M<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;混合，進(jìn)行第二燒結(jié)處理，得到正極活性材料，其中，所述M<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;中的M包括In、Ga中的任意一種。本申請(qǐng)制備的正極活性材料具有優(yōu)異的倍率性能，而且本申請(qǐng)具有操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：栗紹業(yè),徐亞楠,馮明輝,李威,鄭麗麗,王敬華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天力鋰能集團(tuán)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23