[发明专利]三元正极材料、其制造方法以及使用其的二次电池

说明书

本申请提供了一种三元正极材料、其制造方法以及使用该三元正极材料的二次电池。该三元正极材料为多晶镍钴锰系正极材料，包括由一次颗粒组成的二次颗粒，其中二次颗粒呈核壳结构，其核部由呈放射状排列径向长条生长的一次颗粒构成，壳部由无序排列的一次颗粒构成。通过这样的构成，能够提高锂离子的传输效率，并保证材料的稳定性，从而能够在保证二次电池的容量保持率的前提下进一步提高二次电池的比容量。

技术领域

本申请涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种二次电池用三元正极材料、其制造方法以及使用该三元正极材料的二次电池。

背景技术

近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于二次电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和使用寿命等也提出了更高的要求。对于二次电池中使用的正极材料，要求具有高能量密度、高锂离子传输效率、高稳定性等，但是目前的正极材料仍有待改进。

发明内容

本申请是鉴于上述技术问题而进行的，其目的在于，提供一种正极材料，通过对其结构的改进，缩短材料内部的锂离子的传输距离，从而提高锂离子传输效率；并且该正极材料的外部具有耐腐蚀层，从而提高使用稳定性、提高使用了该正极材料的二次电池的比容量和容量保持率。

为了达到上述目的，本申请提供了以下的正极材料、其制造方法以及使用了该正极材料的二次电池、电池模块、电池包以及用电装置。

本申请的第一方面提供了一种三元正极材料，其中，所述三元正极材料为多晶镍钴锰系正极材料，所述三元正极材料包括由一次颗粒组成的二次颗粒，所述二次颗粒呈核壳结构，其核部由呈放射状排列径向长条生长的一次颗粒构成，壳部由无序排列的一次颗粒构成。

由此，本申请将三元正极材料设置为具备上述核壳结构的二次颗粒，利用该核壳结构中核部的放射状排列径向长条状生长的一次颗粒缩短锂离子在二次颗粒内部传输时所历经的路径(一次颗粒的晶界)，从而提高锂离子的传输效率，并且这样的结构也可以有效地改善锂离子的嵌入/脱出时的体积变化；另外由于该核壳结构中壳部由无序排列的一次颗粒构成，从外部包裹核部的放射状结构，减少因内部放射结构中的一次颗粒间相对较弱的粘结力而导致的分崩解离，因此在锂离子的嵌入/脱出的循环过程中，能够保证材料的使用稳定性。

在任意的实施方式中，所述核部包含选自硼或磷中的至少一种元素，可选为包含硼元素。通过在核部掺杂硼或磷的任意种，从而有利于三元正极材料的核部的晶粒生长时诱导某一晶面择优生长，形成长条状生长的一次颗粒，这些一次颗粒形成放射状排列的核部。

在任意的实施方式中，所述选自硼或磷中的至少一种元素在所述核部中的掺杂浓度为100-10000ppm，可选为500-3000ppm，由此，有利于三元正极材料的核部晶粒生长时诱导某一晶面择优生长，形成由径向长条状生长并以放射状排列的一次颗粒构成的核部。另一方面，硼或磷在正极材料中不能作为活性成分，因此，通过在上述范围内，能够保证二次电池的容量不会降低。

在任意的实施方式中，所述壳部包含选自锆、钛、铝中的至少一种元素，可选为包含锆元素。由此，三元正极材料的壳部中一次颗粒可以无序地生长，从而保持正极材料在锂离子的嵌入/脱出的循环过程中不容易分崩解离，进一步锆、钛、铝对三元正极材料的掺杂可以缓解正极材料表面与电解液的副反应，从而提高正极材料的耐腐蚀性能，进一步提高材料的使用稳定性。

在任意的实施方式中，所述选自锆、钛、铝中的至少一种元素在所述壳部中的掺杂浓度为200-10000ppm，可选为1000-5000ppm。由此，有利于提高正极材料表面的耐腐蚀性能，提高材料的使用稳定性。另一方面，锆、钛、铝在正极材料中不能作为或活性成分利用，因此通过上述掺杂浓度范围可以兼顾材料的充放电容量和循环稳定性。

在任意的实施方式中，所述核部的平均直径为3-15μm。由此可保持核部结构稳定，使正极材料二次颗粒不易开裂。