[发明专利]正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本申请涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池。所述正极材料包括多个一次粒子，一次粒子的化学通式为式(Ⅰ)所示：Lisubgt;a/subgt;Nisubgt;x/subgt;Cosubgt;1‑/subgt;subgt;x/subgt;Mgsubgt;y/subgt;Srsubgt;z/subgt;Osubgt;2/subgt;(Ⅰ)，0.99≤a≤1.02，0.9≤x1，0.001≤y≤0.003，0.001≤z≤0.003；一次粒子的平均晶粒尺寸Dsubgt;p/subgt;为90nm～98nm，一次粒子的平均晶粒尺寸Dsubgt;p/subgt;与正极材料的中值粒径Dsubgt;50/subgt;(nm)满足以下关系：一次粒子的平均晶粒尺寸Dsubgt;p/subgt;＝(Dsubgt;003/subgt;+Dsubgt;104/subgt;)/2，其中，Dsubgt;003/subgt;指的是沿(003)方向的晶粒尺寸，Dsubgt;104/subgt;指的是沿(104)方向的晶粒尺寸。

技术领域

本发明属于正极材料技术领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

环境污染和能源危机已经成为当今世界发展的两大难题，解决传统化石能源过度消耗及其引发的环境问题已迫在眉睫，新能源的开发利用越来越受到世界各国的高度重视。发展新能源电动汽车是提高我国汽车产业竞争力，保障能源安全和发展低碳经济的重要途径，电动汽车发展的关键在于动力电池的发展。然而新能源电动汽车还不被人们广泛接受，这主要是与传统燃油汽车相比，电动汽车在价格、续航里程以及安全性等方面还存在较大差距。锂离子动力电池作为电动汽车的核心部件和发展瓶颈，起着决定性作用。而正极材料是影响锂离子电池成本、能量密度和安全性的关键因素。钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂的能量密度均低于180mAh/g，无法满足锂离子电池应用领域对能量密度日益增长的需求，单晶材料作为一种新型正极材料，其具有能量密度高、工作电压高及振实密度高的综合优势，已大量应用于3C和动力电池领域。

现有的单晶材料在制备过程中，通常采用高温烧结并结合水洗工艺制备低残碱的单晶正极材料，然而，烧结温度太高会导致正极材料表面产生不可逆相变并生成岩盐相NiO，从而导致锂镍混排现象并破坏材料的层状结构，最终降低材料的首次库伦效率和容量。若直接降低烧结的温度，得到的材料仍具有二次颗粒，不能完全消除晶粒边界，而循环过程中一次颗粒随机取向的晶粒边界会导致一次晶粒之间受力不均匀，从而使得二次颗粒容易产生裂纹，影响材料长循环后的性能。此外，随着正极材料中镍含量的增加，其对水分的敏感程度也会相应上升，水洗过程虽然能够降低残碱但同时也会破坏正极材料的结构，增加材料阻抗，从而影响电性能。

因此，如何确保正极材料表面不发生明显相变的前提下，合成具有分散良的单晶材料仍存在较大的技术难度。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种正极材料及其制备方法、锂离子电池，本申请的材料具有粒径适宜的单晶粒子且单晶粒子之间分散良好，同时材料的表面不发生明显相变，提升正极材料的整体容量、首次效率和循环性能。

第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，所述正极材料包括多个一次粒子，所述一次粒子的化学通式为式(Ⅰ)所示：

Li_aNi_xCo_1-xMg_ySr_zO₂(Ⅰ)

式(Ⅰ)中，0.99≤a≤1.02，0.001≤b≤0.005，0.9≤x1，0.001≤y≤0.003，0.001≤z≤0.003；

所述一次粒子的平均晶粒尺寸D_p为90nm～98nm，所述一次粒子的平均晶粒尺寸D_p与所述正极材料的中值粒径D₅₀(nm)满足以下关系：