本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、新能源汽車是實現(xiàn)“雙碳”綠色發(fā)展目標(biāo)的重要手段。隨著新能源汽車的推廣和普及，市場對于具有長續(xù)航里程電動汽車的需求越來越迫切。但是，隨著續(xù)航里程的提升，電動汽車逐漸出現(xiàn)自燃起火等安全事故，電動汽車的安全性挑戰(zhàn)越來越大。

2、電動汽車的性能主要由所使用的鋰電池決定，而正極材料是鋰電池的關(guān)鍵組成材料之一，決定了動力電池的能量密度、安全性等關(guān)鍵指標(biāo)。在目前商業(yè)化的正極材料例如橄欖石結(jié)構(gòu)的lifepo4、尖晶石結(jié)構(gòu)的limn2o4、層狀結(jié)構(gòu)的licoo2以及層狀結(jié)構(gòu)的三元正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)的三元正極材料具有更高的理論容量，應(yīng)用在鋰電池中可以提升電動汽車的續(xù)航里程，是高性能鋰電池正極材料的研究熱點。

3、cn114656000a公開了一種鎳鈷錳酸鋰材料，通過不同價態(tài)的銻分別摻雜過渡金屬層和鋰層來降低li/ni混排，從材料層面，提高體相和表面的穩(wěn)定性。但是層狀結(jié)構(gòu)的三元正極材料的熱穩(wěn)定性較差，在受到外部熱效應(yīng)的誘導(dǎo)下，容易導(dǎo)致電池出現(xiàn)熱失控問題，降低了鋰電池的安全性。因此，迫切需要解決層狀結(jié)構(gòu)三元正極材料放電容量和安全性難以兼顧的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中三元正極材料存在容量和安全難以兼顧的問題，提供一種鋰電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明鋰電池正極材料同時具有放電比容量高，首周效率高，全電池?zé)崾Э販囟雀叩奶攸c。

2、本發(fā)明第一方面提供了一種鋰電池正極材料，包括化學(xué)組成為lianixcoymznpo2的化合物，0.9≤a≤1.2，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0<p≤0.1，x、y和z的取值不同時為0，且a、x、y、z和p的取值滿足電中性原則，所述m選自第viib族或第iiia族元素的至少一種，所述n選自第va族元素中的至少一種；所述鋰電池正極材料呈球形，一次顆粒為長條狀，長寬比為1.05-20.00。

3、上述技術(shù)方案中，所述化學(xué)組成為lianixcoymznpo2的化合物中，0.5≤x≤0.95，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0<p≤0.05，x、y和z的取值不同時為0，優(yōu)選為x、y和z的取值均不為0，且a、x、y、z和p的取值滿足電中性原則。

4、上述技術(shù)方案中，所述一次顆粒沿著球形的徑向方向排列，球形顆粒的中粒度為1-20μm。其中，中粒度表示球形顆粒累計粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50％時所對應(yīng)的粒徑。

5、上述技術(shù)方案中，所述一次顆粒的長寬比為1.50-10.00，優(yōu)選為1.50-8.00。

6、上述技術(shù)方案中，第viib族元素優(yōu)選為mn，第iiia族元素優(yōu)選為al，第va族元素選自n、p、sb、bi中的至少一種。

7、上述技術(shù)方案中，所述m優(yōu)選為mn、al中的至少一種，所述n優(yōu)選為p、sb、bi中的至少一種。

8、本發(fā)明第二方面提供了上述鋰電池正極材料的制備方法，包括：

9、將正極材料前驅(qū)體、鋰源、含第va族元素的改性劑混合，燒結(jié)，得到所述鋰電池正極材料。

10、上述技術(shù)方案中，所述正極材料前驅(qū)體的化學(xué)組成為nixcoymz(oh)2，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，優(yōu)選為0.5≤x≤0.95，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，x、y和z的取值不同時為0，且x、y和z的取值滿足電中性原則。

11、上述技術(shù)方案中，所述正極材料前驅(qū)體的形貌為片狀堆積形成的微球。所述片狀的平均厚度為1-500nm，優(yōu)選為1-200nm。

12、上述技術(shù)方案中，所述鋰源優(yōu)選選自硝酸鋰(lino3)、氯化鋰(licl)、碳酸鋰(li2co3)、氫氧化鋰(lioh)、一水合氫氧化鋰(lioh·h2o)、氧化鋰(li2o)、醋酸鋰(ch3cooli)和草酸鋰(li2c2o4)中的至少一種。

13、上述技術(shù)方案中，所述正極材料前驅(qū)體和鋰源(以li元素計)的摩爾比為1：(0.9-1.2)。

14、上述技術(shù)方案中，所述含第va族元素的改性劑優(yōu)選選自含第va族元素的硝酸鹽、氯化鹽、碳酸鹽、氫氧化物、氧化物、醋酸鹽和草酸鹽中的至少一種。

15、上述技術(shù)方案中，所述正極材料前驅(qū)體和含第va族元素的改性劑(以第va族元素計)的摩爾比為1：(0-0.1)且不為0，優(yōu)選為1：(0.001-0.05)。

16、上述技術(shù)方案中，所述燒結(jié)為程序升溫?zé)Y(jié)，升溫速率優(yōu)選為0.5-10℃/min，燒結(jié)的溫度為600-1000℃，優(yōu)選為720-900℃，燒結(jié)的時間為4-48h，優(yōu)選為8-24h，進(jìn)一步優(yōu)選為12-20h。

17、上述技術(shù)方案中，所述燒結(jié)之前進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒結(jié)為程序升溫?zé)Y(jié)，升溫速率優(yōu)選為0.5-10℃/min，預(yù)燒結(jié)溫度為300-600℃，優(yōu)選為450-550℃，進(jìn)一步優(yōu)選為450-530℃，預(yù)燒結(jié)時間為1-10h，優(yōu)選為4-8h。

18、本發(fā)明第三方面提供了上述鋰電池正極材料在鋰電池中的應(yīng)用。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

20、1、本發(fā)明鋰電池正極材料是由一次顆粒沿著球形顆粒的徑向方向排列聚集形成的二次微球，其中，一次顆粒為長條狀，長寬比為1.05-20.0。采用本發(fā)明鋰電池正極材料的電化學(xué)性能優(yōu)異，安全性能好，具有放電比容量高、首周庫倫效率高和熱失控觸發(fā)溫度高的優(yōu)勢。

21、2、本發(fā)明鋰電池正極材料制備過程中，將片狀形貌的正極材料前驅(qū)體、鋰源、含第va族元素的改性劑混合，燒結(jié)，在燒結(jié)過程中通過前驅(qū)體的片狀形貌、含第va族元素的改性劑的協(xié)同作用，以及控制燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間，調(diào)節(jié)了鋰電池正極材料一次顆粒的結(jié)晶過程，得到的鋰電池正極材料一次顆粒的形貌呈現(xiàn)長條狀，并且沿著鋰電池正極材料二次微球的徑向方向排列，這種組成和結(jié)構(gòu)的材料更有利于鋰離子的擴(kuò)散，可以提高材料的首周庫倫效率和放電比容量。同時這種組成和結(jié)構(gòu)的材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可以抑制材料中微裂紋的形成和生長，具有更好的安全性。

22、3、本發(fā)明提供的鋰電池正極材料可用于高能量密度和高安全性鋰電池中。

技術(shù)特征：

1.一種鋰電池正極材料，包括化學(xué)組成為lianixcoymznpo2的化合物，0.9≤a≤1.2，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0<p≤0.1，x、y和z的取值不同時為0，且a、x、y、z和p的取值滿足電中性原則，所述m選自第viib族或第iiia族元素的至少一種，所述n選自第va族元素中的至少一種；所述鋰電池正極材料呈球形，一次顆粒為長條狀，長寬比為1.05-20.00。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料，其特征在于，所述化學(xué)組成為lianixcoymznpo2的化合物，0.5≤x≤0.95，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，0<p≤0.05，x、y和z的取值不同時為0，優(yōu)選為x、y和z的取值均不為0，且a、x、y、z和p的取值滿足電中性原則。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池正極材料，其特征在于，所述一次顆粒沿著球形的徑向方向排列，球形顆粒的中粒度為1-20μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的鋰電池正極材料，其特征在于，所述一次顆粒的長寬比為1.50-10.00，優(yōu)選為1.50-8.00。

5.權(quán)利要求1-4中任一所述鋰電池正極材料的制備方法，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述正極材料前驅(qū)體的化學(xué)組成為nixcoymz(oh)2，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，優(yōu)選0.5≤x≤0.95，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，x、y和z的取值不同時為0，且x、y和z的取值滿足電中性原則。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鋰源優(yōu)選選自硝酸鋰、氯化鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰、一水合氫氧化鋰、氧化鋰、醋酸鋰和草酸鋰中的至少一種；

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述正極材料前驅(qū)體和鋰源以li元素計的摩爾比為1：(0.9-1.2)；

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，燒結(jié)溫度為600-1000℃，優(yōu)選為720-900℃，燒結(jié)時間為4-48h，優(yōu)選為8-24h，進(jìn)一步優(yōu)選為12-20h。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述正極材料前驅(qū)體的形貌為片狀堆積形成的微球；所述片狀的平均厚度為1-500nm，優(yōu)選為1-200nm。

11.權(quán)利要求1-4任一所述的鋰電池正極材料在鋰電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鋰電池正極材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明鋰電池正極材料包括化學(xué)組成為Li<subgt;a</subgt;Ni<subgt;x</subgt;Co<subgt;y</subgt;M<subgt;z</subgt;N<subgt;p</subgt;O<subgt;2</subgt;的化合物，0.9≤a≤1.2，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0<p≤0.1，x、y和z的取值不同時為0，且a、x、y、z和p的取值滿足電中性原則，M選自第VIIB族或第IIIA族元素的至少一種，N選自第VA族元素中的至少一種；所述鋰電池正極材料呈球形，一次顆粒為長條狀，長寬比為1.05?20.00。本發(fā)明的正極材料用于高性能的鋰電池中，提升了正極材料的放電容量、首周效率和熱失控觸發(fā)溫度。

技術(shù)研發(fā)人員：張同寶,張宇,汪碧微,朱燁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9