CN114094068B - 钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池 - Google Patents

钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN114094068B
CN114094068B CN202111321590.4A CN202111321590A CN114094068B CN 114094068 B CN114094068 B CN 114094068B CN 202111321590 A CN202111321590 A CN 202111321590A CN 114094068 B CN114094068 B CN 114094068B
Authority
CN
China
Prior art keywords
positive electrode
electrode material
cobalt
coated
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111321590.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114094068A (zh
Inventor
莫方杰
朱呈岭
李岚
杨元婴
杨文龙
孙化雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd
Original Assignee
Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd, Envision Ruitai Power Technology Shanghai Co Ltd filed Critical Envision Power Technology Jiangsu Co Ltd
Priority to CN202111321590.4A priority Critical patent/CN114094068B/zh
Publication of CN114094068A publication Critical patent/CN114094068A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114094068B publication Critical patent/CN114094068B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/502Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese for non-aqueous cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/523Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron for non-aqueous cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供了一种钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池,所述制备方法包括以下步骤:将正极材料前驱体、锂源和钴源混合后烧结,得到所述钴包覆的正极材料。本发明通过将正极材料前驱体、锂源和钴源进行共烧结,在正极材料内核表面包覆一层钴化合物,可有效提升材料表面的离子与电子导电性,提高锂离子的扩散能力,改善包覆物与正极材料内核的界面性能和材料的低温性能,制备得到的锂离子电池具有较低的直流电阻和较高的容量保持率,且其在低温下也具有较好的动力学性能。

Description

钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域,尤其涉及钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池。
背景技术
近年来,锂离子电池由于具有较高的能量密度、较轻的质量、较长的循环稳定性和安全环保等优点在移动设备和电动汽车等领域得到了广泛的应用,其中,电池材料对锂离子电池的性能起到了关键的作用。三元层状材料LiNixCoyMn1-x-yO2因其具有较高的理论比容量274mAh/g,以及高的反应平台电压3.0至4.3V,优秀的反应动力学,而被广泛应用于高能量密度的动力电池体系。然而目前应用广泛的三元材料均具有较高的Co含量(y大于0.15),Co矿作为一种稀有矿物资源日益供不应求。现有技术通过降低三元Co含量,以解决材料成本与钴矿资源有限的问题,开发出低钴三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2(y小于0.13)。
现有技术提供了一种锂电池用高镍低钴低锰三元正极材料前驱体的制备方法,其通过对氢氧化镍晶种的培养和确认,省去了工业废水的处理过程,降低了生产成本。另一现有技术公开了一种低钴高镍三元锂的制备方法及应用,其将硝酸镍、硝酸钛和硝酸锰的混合水溶液喷雾干燥得到前驱体,然后将前驱体、牵引剂和氢氧化锂混合、干燥和烧结,得到性能良好且钴含量较低的三元材料。还有一技术方案公开了一种低钴单晶镍钴锰三元正极材料及其制备方法,其将镍源、氧化钴、氧化锰、锂源及M掺杂剂进行研磨和喷雾干燥,并使用B进行低温干法包覆,实现了双掺杂与表面包覆,制备成本较低,材料结构稳定性好。
上述低钴三元材料虽然具有较低的成本,但是上述三元材料中Co的含量下降会降低材料整体导电性,同时上述方案中的包覆方法会影响包覆物与材料的界面结构,影响电池的容量发挥,尤其是在低温(低于-20℃)条件下,材料性能明显恶化,影响了材料的开发应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池。本发明通过将正极材料前驱体、锂源和钴源进行共烧结,在正极材料内核表面包覆一层钴化合物,可有效提升材料表面的离子与电子导电性,提高锂离子的扩散能力,改善包覆物与正极材料内核的界面性能,制备得到的锂离子电池具有较低的直流电阻和较高的容量保持率,且其在低温下也具有较好的动力学性能。
本发明中“低温”指温度低于-20℃。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种钴包覆的正极材料的制备方法,所述制备方法包括:
将正极材料前驱体、锂源和钴源混合后烧结,得到所述钴包覆的正极材料。
本发明通过将正极材料前驱体、锂源和钴源进行共烧结,制备得到钴包覆的正极材料。一方面,本发明中钴包覆能够有效提升材料表面的离子与电子导电性,从而减少电池内阻,并改善低温性能;另一方面,传统的烧结工艺中,将正极材料成品直接与钴源进行烧结得到正极材料,正极材料中包覆层与材料内核之间有明显的界面缝隙,界面性能差;而本发明中采用共烧结,其能够增强包覆层与内核的结合力,提高界面性能,降低材料的阻抗,共烧结过程中钴元素还可以渗入正极材料内核,进一步提高了导电性。
本发明中制备得到的钴包覆的正极材料具有较低的直流电阻和较高的容量保持率,在低温条件下也具有良好的电化学性能。
本发明对混合的方式不做限定,例如可以是干法混合,也可以是湿法混合,湿法混合后需经干燥后再进行烧结。
优选地,所述正极材料前驱体为NixCoyMn1-x-y(OH)2,其中,0.5≤x≤0.9,0≤y≤0.13,其中,x例如可以是0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等;y例如可以是0、0.01、0.03、0.05、0.08、0.1、0.12或0.13等。
本发明中对正极材料前驱体NixCoyMn1-x-y(OH)2的制备方法不做限定,例如可以将镍源、钴源、锰源按照所需的投料比进行混合和烧结制备NixCoyMn1-x-y(OH)2,当y为0时相应的不加入钴源即可。
优选地,所述锂源包括LiOH和/或Li2CO3
优选地,所述钴源包括Co3(BO3)2、CoCO3、Co(NO3)2、Co(NO3)4、CoF2、CoF3、CoO、CoO2、Co3O4、CoN、Co2N、CoH和Co3H中的任意一种或至少两种的组合,例如可以是Co3(BO3)2和CoCO3的组合,Co(NO3)2和Co(NO3)4的组合,CoN和Co2N的组合,CoF3和CoO的组合,CoN、Co2N和Co(NO3)2的组合,或Co2N、CoN、Co(NO3)2和Co(NO3)4的组合,优选为CoN、Co2N、Co(NO3)2和Co(NO3)4中的任意一种或至少两种的组合。
本发明中优选采用含氮的钴源,含氮的钴源不仅具有较高的活性,并且氮元素在烧结的过程中能够以氮氧化物气体的形式脱出,形成的含有钴化合物的包覆体的纯度较高,包覆更均匀且与正极材料内核的粘附力较高。
优选地,所述正极材料前驱体中的金属元素的总摩尔量与锂源中的Li的摩尔量之比为1:(0.98至1.05),例如可以是1:0.98、1:0.99、1:1、1:1.01、1:1.02、1:1.03、1:1.04或1:1.05等。
优选地,所述钴源与正极材料前驱体的质量比为(0.01至2):100,例如可以是0.01:100、0.05:100、0.1:100、0.5:100、1:100、1.5:100或2:100等。
优选地,所述烧结的温度为650℃至900℃,例如可以是650℃、670℃、700℃、730℃、750℃、800℃、850℃或900℃等,优选为760℃至850℃。本发明在优选的温度下进行烧结,能够使烧结更加充分,制备的电池材料性能更加良好。
优选地,所述烧结的时间为14h至34h,例如可以是14h、15h、18h、20h、22h、25h、28h、30h或34h等,优选为18h至28h。
第二方面,本发明提供了一种通过如第一方面所述的制备方法得到的钴包覆的正极材料,所述钴包覆的正极材料包括正极材料内核和包覆在所述正极材料内核表面的钴化合物。
本发明制备得到的钴包覆的正极材料中,钴化合物能够很好地包覆于正极材料内核表面,并且部分钴化合物能够渗入正极材料内核中,沿着正极材料内核向内的方向梯度降低分布,使得钴化合物与正极材料内核之间结合力强,界面性能好,制备得到的正极材料具有较低的直流电阻和较高的容量保持率,且其在低温下也具有较好的动力学性能。
优选地,所述正极材料内核的化学组成为LiNixCoyMn1-x-yO2,其中,0.5≤x≤0.9,0≤y≤0.13。
优选地,所述正极材料内核为二次球形。
优选地,所述正极材料内核为单晶材料。
优选地,所述正极材料内核为二次球形,且所述正极材料内核的粒径D50为9μm至25μm,例如可以是9μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm或25μm等。
优选地,所述正极材料内核为单晶材料,且所述正极材料内核的粒径D50为2μm至6μm,例如可以是2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、5μm或6μm等。
第三方面,本发明提供了一种正极片,所述正极片中包括如第二方面所述的钴包覆的正极材料、导电剂和粘结剂。
优选地,所述导电剂包括导电炭黑和碳纳米管。
优选地,所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
优选地,所述正极片中钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的质量比为(90至99):1:0.5:1,例如可以是90:1:0.5:1、91:1:0.5:1、92:1:0.5:1、93:1:0.5:1、94:1:0.5:1、95:1:0.5:1、96:1:0.5:1、97:1:0.5:1、98:1:0.5:1或99:1:0.5:1等,优选为(98至99):1:0.5:1。
第四方面,本发明提供了一种锂离子电池,所述锂离子电池中包括如第三方面所述的正极片。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明通过将正极材料前驱体、锂源和钴源进行共烧结,在正极材料内核表面包覆一层钴化合物,可有效提升材料表面的离子与电子导电性,提高锂离子的扩散能力;同时,共烧结的烧结方式能够改善包覆物与正极材料内核的界面性能和材料的低温性能,最后制备得到的锂离子电池具有较低的直流电阻和较高的容量保持率,且其在-20℃的低温下也具有较好的动力学性能。
附图说明
图1为实施例1和对比例1在25℃下的直流电阻图。
图2为实施例1和对比例1在-20℃下的直流电阻图。
图3为实施例1和对比例1在-20℃下的容量保持率图。
具体实施方式
现有技术方案通过降低正极材料中的钴含量来降低成本,但是低钴正极材料的整体导电性较差,同时现有技术中的包覆方法会影响包覆物与材料的界面结构,影响电池的容量发挥,尤其是在低温条件下,材料性能明显恶化,影响了材料的开发应用。
为了解决至少上述问题,本发明的实施例部分提供了一种钴包覆的正极材料的制备方法,所述制备方法包括:
将正极材料前驱体、锂源和钴源混合后烧结,得到所述钴包覆的正极材料。
本发明通过将正极材料前驱体、锂源和钴源进行共烧结,在正极材料内核表面包覆一层钴化合物,可有效提升材料表面的离子与电子导电性,提高锂离子的扩散能力,改善包覆物与正极材料内核的界面性能,制备得到的锂离子电池具有较低的直流电阻和较高的容量保持率,且其在低温下也具有较好的动力学性能。
在一些实施方式中,所述正极材料前驱体为NixCoyMn1-x-y(OH)2,其中,0.5≤x≤0.9,0≤y≤0.13。
在一些实施方式中,所述锂源包括LiOH和/或Li2CO3
在一些实施方式中,所述钴源包括Co3(BO3)2、CoCO3、Co(NO3)2、Co(NO3)4、CoF2、CoF3、CoO、CoO2、Co3O4、CoN、Co2N、CoH和Co3H中的任意一种或至少两种的组合,优选为CoN、Co2N、Co(NO3)2和Co(NO3)4中的任意一种或至少两种的组合。
在一些实施方式中,所述正极材料前驱体中的金属元素的总摩尔量与锂源中的Li的摩尔量之比为1:(0.98至1.05)。
在一些实施方式中,所述钴源与正极材料前驱体的质量比为(0.01至2):100。
在一些实施方式中,所述烧结的温度为650℃至900℃,优选为760℃至850℃。
在一些实施方式中,所述烧结的时间为14h至34h,优选为18h至28h。
在一些实施方式中,所述正极材料包括正极材料内核和包覆在所述正极材料内核表面的钴化合物。
在一些实施方式中,所述正极材料内核的化学组成为LiNixCoyMn1-x-yO2,其中,0.5≤x≤0.9,0≤y≤0.13。
在一些实施方式中,所述正极材料内核为二次球形。
在一些实施方式中,所述正极材料内核为单晶材料。
在一些实施方式中,所述正极材料内核为二次球形,且所述正极材料内核的粒径D50为9μm至25μm。
在一些实施方式中,所述正极材料内核为单晶材料,且所述正极材料内核的粒径D50为2μm至6μm。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种钴包覆的正极材料的制备方法,包括以下步骤:
将Co2N、Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2和Li2CO3在800℃烧结25h,得到所述钴包覆的正极材料;
其中,Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2和Li2CO3的摩尔比为1:0.5,Co2N和Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2的质量比为1.5:100。
本实施例制备得到钴包覆的正极材料,所述钴包覆的正极材料包括二次球形LiNi0.57Co0.09Mn0.34O2内核和包覆在二次球形LiNi0.57Co0.09Mn0.34O2内核表面的氧化钴。
本实施例还提供一种正极片,采用上述的钴包覆的正极材料作为活性材料,所述正极片包括钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯,钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的质量比为97.5:1:0.5:1。
本实施例还提供了上述正极片的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
将导电炭黑、碳纳米管、NMP和聚偏氟乙烯以1:0.5:40:1的质量比高速分散搅拌2h,制备成导电浆液,然后将上述钴包覆的正极材料与导电浆液高速搅拌混合,制备成具有一定粘度的正极浆料,将正极浆料利用刮刀均匀地涂布在铝箔上,置于鼓风干燥箱中,在120℃下干燥20min,得到所述正极片。
实施例2
本实施例提供了一种钴包覆的正极材料的制备方法,包括以下步骤:
将Co(NO3)4、Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2和LiOH在760℃烧结28h,得到所述钴包覆的正极材料;
其中,Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2和LiOH的摩尔比为1:1.01,Co(NO3)4和Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2的质量比为1.2:100。本实施例制备得到钴包覆的正极材料,所述钴包覆的正极材料包括单晶LiNi0.57Co0.09Mn0.34O2内核和包覆在单晶LiNi0.57Co0.09Mn0.34O2内核表面的氧化钴。
本实施例还提供一种正极片,采用上述的钴包覆的正极材料作为活性材料,所述正极片包括钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯,钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的质量比为99:1:0.5:1。
本实施例还提供了上述正极片的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
将导电炭黑、碳纳米管、NMP和聚偏氟乙烯以1:0.5:40:1的质量比高速分散搅拌2h,制备成导电浆液,然后将上述钴包覆的正极材料与导电浆液高速搅拌混合,制备成具有一定粘度的正极浆料,将正极浆料利用刮刀均匀地涂布在铝箔上,置于鼓风干燥箱中,在120℃下干燥20min,得到所述正极片。
实施例3
本实施例提供了一种钴包覆的正极材料的制备方法,包括以下步骤:
将Co3(BO3)2、Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2和Li2CO3在850℃烧结18h,得到所述钴包覆的正极材料;
其中,Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2和Li2CO3的摩尔比为1:1.01,Co3(BO3)2和Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2的质量比为1.3:100。本实施例制备得到钴包覆的正极材料,所述钴包覆的正极材料包括二次球形LiNi0.57Co0.09Mn0.34O2内核和包覆在二次球形LiNi0.57Co0.09Mn0.34O2内核表面的氧化钴。
本实施例还提供一种正极片,采用上述的钴包覆的正极材料作为活性材料,所述正极片包括钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯,钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的质量比为98:1:0.5:1。
本实施例还提供了上述正极片的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
将导电炭黑、碳纳米管、NMP和聚偏氟乙烯以1:0.5:40:1的质量比高速分散搅拌2h,制备成导电浆液,然后将上述钴包覆的正极材料与导电浆液高速搅拌混合,制备成具有一定粘度的正极浆料,将正极浆料利用刮刀均匀地涂布在铝箔上,置于鼓风干燥箱中,在120℃下干燥20min,得到所述正极片。
实施例4
除制备钴包覆的正极材料时将Co2N替换为CoCO3外,其余均与实施例1相同。
实施例5
除制备钴包覆的正极材料时将Co2N替换为CoF2外,其余均与实施例1相同。
实施例6
除制备钴包覆的正极材料时将Co2N替换为CoO外,其余均与实施例1相同。
实施例7
除制备钴包覆的正极材料时Co2N和Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2的质量比为2:100外,其余均与实施例1相同。
实施例8
除制备钴包覆的正极材料时Co2N和Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2的质量比为0.1:100外,其余均与实施例1相同。
实施例9
除制备钴包覆的正极材料时烧结的温度为650℃外,其余均与实施例1相同。
实施例10
除制备钴包覆的正极材料时烧结的温度为900℃外,其余均与实施例1相同。
对比例1
除所述正极材料中不含有钴化合物,即制备钴包覆的正极材料时不加入Co2N外,其余均与实施例1相同。
对比例2
除钴包覆的正极材料的制备方法为:
将摩尔比为1:1.01的Ni0.57Co0.09Mn0.34(OH)2和Li2CO3在850℃烧结18h,得到LiNi0.57Co0.09Mn0.34O2,然后将质量比为1.5:100的Co2N和LiNi0.57Co0.09Mn0.34O2在800℃烧结25h,得到所述钴包覆的正极材料;
其余均与实施例1相同。
将实施例1至10和对比例1至2制备得到的正极片进行辊压、裁切,以石墨为负极,LiPF6酯基溶液为电解液,组装1Ah软包电池。
一、直流电阻测试
将含有实施例1至10和对比例1至2中正极片的1Ah软包电池进行化成及老化工序之后,在室温下,以0.33C倍率充电至4.3V,0.33C放电至2.8V,得到容量C0,然后将电池的荷电态(SOC)调至70%SOC后,将电池以4C倍率放电30s,其放电前后的电压差值除以电流密度就是电池在该SOC下的直流电阻值。依此法可测得50%SOC、20%SOC的直流电阻值,测试结果如表1所示。
同理,将含有实施例1至10和对比例1至2中正极片的1Ah软包电池置于-20℃恒温烘箱中,测试电池在-20℃温度条件下的直流电阻值,测试结果如表1所示。
二、容量保持率侧量
将进行直流电阻测试后的1Ah软包电池置于-20℃恒温烘箱中,以0.33C倍率在2.8至4.3V电压窗口充放电两次,记录第二次放电容量C1,C1/C0即为电池的在低温-20℃的容量保持率,测试结果如表1所示。
表1
综合上述实施例1至10可知,本发明通过将正极材料前驱体、锂源和钴源进行共烧结,在正极材料内核表面包覆一层钴化合物,可有效提升材料表面的离子与电子导电性,提高锂离子的扩散能力,改善包覆物与正极材料内核的界面性能和材料的低温性能,制备得到的锂离子电池具有较低的直流电阻和较高的容量保持率,且其在低温下也具有较好的动力学性能。
通过实施例1与实施例4至6的对比可知,制备钴包覆的正极材料时钴源的选择会影响制得到的电池的电化学性能,实施例1中采用含氮的Co2N作为钴源,Co2N活性更大,包覆更均匀且与正极材料内核的粘附力较高,因此实施例1在25℃和低温-20℃下的直流电阻值均低于实施例4至6,容量保持率高于实施例4至6。
通过实施例1与实施例7至8的对比可知,钴包覆的正极材料的制备过程中钴源和正极材料前驱体的比例存在最合适的范围,若超出这个范围,则会使直流电阻以及低温性能恶化。
通过实施例1与实施例9至10的对比可知,钴包覆的正极材料的制备过程中烧结的温度会影响材料的性能,在优选温度范围内,材料低温性能优化更多。
通过实施例1与对比例1的对比可知,在正极材料内核表面包覆钴化合物能够提高材料的离子和电子导电性,降低材料的直流电阻,提高材料的容量保持率。
图1为含有实施例1和对比例1中正极片的软包电池在25℃下的直流电阻图,图2为含有实施例1和对比例1中正极片的软包电池在-20℃下的直流电阻图,图3为含有实施例1和对比例1中正极片的软包电池在-20℃下的容量保持率图,根据图1至3可知,当正极材料内核表面不含有钴化合物时,电池的动力学性能差,在不同温度下的电导和容量保持率均会下降。
通过实施例1和对比例2的对比可知,钴包覆的正极材料的制备过程中烧结方式影响材料的性能,对比例2中直接使用正极材料与钴源混合烧结,钴化合物与正极材料内核界面接触效果差,影响了电池的导电性与容量稳定性,因此对比例2在不同温度下的直流电阻值高于实施例1,容量保持率低于实施例1。
申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (20)

1.一种钴包覆的正极材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
将正极材料前驱体、锂源和钴源混合后烧结,得到所述钴包覆的正极材料;
所述钴源为CoN和/或Co2N;
所述钴源与正极材料前驱体的质量比为(0.01至2):100。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述正极材料前驱体为NixCoyMn1-x-y(OH)2,其中,0.5≤x≤0.9,0≤y≤0.13。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述锂源包括LiOH和/或Li2CO3
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述正极材料前驱体中的金属元素的总摩尔量与锂源中的Li的摩尔量之比为1:(0.98至1.05)。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述烧结的温度为650℃至900℃。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述烧结的温度为760℃至850℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述烧结的时间为14h至34h。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述烧结的时间为18h至28h。
9.一种通过根据权利要求1至8任一项所述的制备方法得到的钴包覆的正极材料,其特征在于,所述钴包覆的正极材料包括正极材料内核和包覆在所述正极材料内核表面的钴化合物。
10.根据权利要求9所述的钴包覆的正极材料,其特征在于,所述正极材料内核的化学组成为LiNixCoyMn1-x-yO2,其中,0.5≤x≤0.9,0≤y≤0.13。
11.根据权利要求9所述的钴包覆的正极材料,其特征在于,所述正极材料内核为二次球形。
12.根据权利要求9所述的钴包覆的正极材料,其特征在于,所述正极材料内核为单晶材料。
13.根据权利要求11所述的钴包覆的正极材料,其特征在于,所述正极材料内核为二次球形,且所述正极材料内核的粒径D50为9μm至25μm。
14.根据权利要求12所述的钴包覆的正极材料,其特征在于,所述正极材料内核为单晶材料,且所述正极材料内核的粒径D50为2μm至6μm。
15.一种正极片,其特征在于,所述正极片中包括根据权利要求9所述的钴包覆的正极材料、导电剂和粘结剂。
16.根据权利要求15所述的正极片,其特征在于,所述导电剂包括导电炭黑和碳纳米管。
17.根据权利要求16所述的正极片,其特征在于,所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。
18.根据权利要求17所述的正极片,其特征在于,所述正极片中钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的质量比为(90至99):1:0.5:1。
19.根据权利要求18所述的正极片,其特征在于,所述正极片中钴包覆的正极材料、导电炭黑、碳纳米管和聚偏氟乙烯的质量比为(98至99):1:0.5:1。
20.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池中包括根据权利要求15至19任一项所述的正极片。
CN202111321590.4A 2021-11-09 2021-11-09 钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池 Active CN114094068B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111321590.4A CN114094068B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111321590.4A CN114094068B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114094068A CN114094068A (zh) 2022-02-25
CN114094068B true CN114094068B (zh) 2023-07-25

Family

ID=80299867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111321590.4A Active CN114094068B (zh) 2021-11-09 2021-11-09 钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114094068B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114975983B (zh) * 2022-05-06 2024-06-18 四川新锂想能源科技有限责任公司 高镍低钴材料及其制备方法、电池正极
CN114975923A (zh) * 2022-05-20 2022-08-30 天津巴莫科技有限责任公司 超高镍低钴单晶正极材料及其制备方法
CN114835174B (zh) * 2022-05-30 2024-02-02 远景动力技术(江苏)有限公司 低钴正极活性材料、其制备方法、电化学装置和电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103107330A (zh) * 2013-02-18 2013-05-15 奇瑞汽车股份有限公司 氮化物包覆富锂正极材料的制备方法
CN110459736A (zh) * 2018-05-07 2019-11-15 宁德新能源科技有限公司 正极材料及含有该正极材料的正极极片和锂离子电池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5103923B2 (ja) * 2007-02-08 2012-12-19 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水系電解質二次電池
CN103236537B (zh) * 2013-04-12 2015-07-15 哈尔滨工业大学 锂离子电池梯度核壳正极材料及其合成方法
CN103985857A (zh) * 2014-05-19 2014-08-13 青岛乾运高科新材料股份有限公司 一种混合锂电池正极材料及其制备方法
CN106898751B (zh) * 2017-03-31 2019-10-11 中南大学 一种具有富钴表层的高镍三元材料及其制备方法和应用
CN110247031A (zh) * 2019-05-24 2019-09-17 乳源东阳光磁性材料有限公司 一种钴酸锂包覆高镍三元正极材料及其制备方法
CN113363492B (zh) * 2021-06-24 2022-11-01 巴斯夫杉杉电池材料有限公司 一种复合包覆改性的高镍nca正极材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103107330A (zh) * 2013-02-18 2013-05-15 奇瑞汽车股份有限公司 氮化物包覆富锂正极材料的制备方法
CN110459736A (zh) * 2018-05-07 2019-11-15 宁德新能源科技有限公司 正极材料及含有该正极材料的正极极片和锂离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN114094068A (zh) 2022-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7158595B2 (ja) 正極添加剤及びその製造方法、正極及びその製造方法、並びにリチウムイオン電池
CN107046125B (zh) 复合负极及其制备方法和锂离子电池
CN114094068B (zh) 钴包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂离子电池
CN107482182B (zh) 碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料及其制备方法
CN108807860B (zh) 阴极添加剂及其制备方法、阴极片及锂电池
WO2014040410A1 (zh) 一种富锂固溶体正极复合材料及其制备方法、锂离子电池正极片和锂离子电池
CN111193018B (zh) 锂电池正极活性材料及其制备方法和应用
CN109888252B (zh) 一种共包覆镍钴锰三元正极材料及制备方法
CN113224278B (zh) 改性磷酸铁锰锂材料、其制备方法及应用
JP4925690B2 (ja) 非水電解質二次電池
CN112635752B (zh) 三元正极材料及其制备方法、锂电池
CN115579468A (zh) 锂二次电池用阳极活性物质
JP2011249293A (ja) リチウム遷移金属化合物及びその製造方法、並びにリチウムイオン電池
CN113517423A (zh) 一种正极材料、其制备方法以及极片及其制备方法
CN113809281B (zh) 一种复合型正极片、其制备方法和锂离子电池
CN111640928A (zh) Ncma四元系材料及其制备方法、锂电池正极材料及锂电池
Fu et al. Synthesis and electrochemical properties of Mg-doped LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 cathode materials for Li-ion battery
CN117219777B (zh) 一种补锂剂及其制备方法、正极极片与二次电池
JP3951715B2 (ja) リチウムイオン二次電池の正極活物質およびその製造方法
CN113921792A (zh) 锂离子电池正极极片及其制备方法与应用
CN113066988A (zh) 一种负极极片及其制备方法和用途
CN109216692B (zh) 改性三元正极材料及其制备方法、锂离子电池
JP2018195419A (ja) 非水系電解質二次電池用正極材料、該正極材料を用いた非水系電解質二次電池、および非水系電解質二次電池用正極材料の製造方法。
CN114094040A (zh) 正极片及其制备方法和应用
CN113764637A (zh) 高能量密度锂离子电池的正极片及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant