一种高镍正极材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114709377A(43)申请公布日2022.07.05(21)申请号202210319511.4(22)申请日2022.03.29(71)申请人东莞理工学院地址523000广东省东莞市松山湖科技产业园区大学路1号(72)发明人王涛肖高发王严杰林葆雯陈奕琳(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师唐琴(51)Int.Cl.H01M4/32(2006.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书1页说明书9页附图5页(54)发明名称一种高镍正极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种高镍正极材料及其制备方法和应用，高镍正极材料的颗粒包括内核、原位生长在内核表面且向外延伸的多个柱状凸起，以及设于内核表面的包覆层，多个柱状凸起分散在所述内核的表面，包覆层包覆于内核表面除柱状凸起以外的位置，相邻颗粒的柱状凸起交错以使相邻颗粒之间形成咬合关系；内核由高镍正极材料构成；柱状凸起由电化学非活性且结构稳定的氧化物、碳管或纤维中的至少一种材料构成；包覆层由碳质材料构成，本发明巧妙地在材料表面构建类似荷叶的仿生结构，可有效降低水汽或电解液在高镍界面反应活性，而不影响材料离子输运特性。CN114709377ACN114709377A权利要求书1/1页1.一种高镍正极材料，其特征在于，所述高镍正极材料颗粒包括内核、固定在内核表面且向外延伸的多个柱状凸起，以及设于内核表面的包覆层，多个柱状凸起分散在所述内核的表面，所述包覆层包覆于内核表面除柱状凸起以外的位置，相邻颗粒的柱状凸起交错以使相邻颗粒之间形成咬合关系；所述内核为高镍三元核；所述柱状凸起由固态电解质、或电化学非活性且结构稳定的氧化物材料构成；所述包覆层由碳质材料构成。2.根据权利要求1所述的高镍正极材料，其特征在于，所述高镍正极材料核为LiNixMyM’zO2，其中，0.6≤x≤1,0.0≤y≤0.4,0.0≤z≤0.4,且x+y+z＝1；M为Co、Fe、Mn中的一种；M’为Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、B、La、P、F中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高镍正极材料，其特征在于，所述固态电解质为钙钛矿型(LLTO)、反钙钛矿型、NASICON型、Garnet型、卤化物化物及硫化物、Li3N及其衍生物、Li2O‑B2O3体系玻璃态、Li4SiO4衍生物中一种或至少两种的复合物。4.根据权利要求1所述的高镍正极材料，其特征在于，所述氧化物为氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化镁和氧化锆中的任意一种或至少两种的复合物。5.根据权利要求1所述的高镍正极材料，其特征在于，所述碳质材料为硬碳、软碳、碳纳米管和石墨烯，或两者组成的混合物；或者掺杂有氮、硫、硼或磷的硬碳、软碳、碳纳米管和石墨烯。6.根据权利要求1所述的高镍正极材料，其特征在于，所述柱状凸起沿内核径向方向的高度为50‑1000nm，所述柱状凸起的直径为1‑50nm。7.根据权利要求1所述的高镍正极材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为2‑50nm。8.根据权利要求1所述的高镍正极材料，其特征在于，所述内核的粒径为5‑100μm。9.一种如权利要求1‑8任一项所述的高镍正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：制备具有有机包覆层的高镍正极材料壳核结构，所得产物在惰性气氛下进行第一次热处理，使有机包覆层收缩热解，从而在高镍正极材料壳核结构表面形成具有多孔结构的包覆层；S2：将步骤S1所得的产物置于柱状凸起生长源的溶液中，进行包覆层孔隙中沉积，然后进行第二次热处理。10.一种如权利要求1‑8任一项所述的高镍正极材料，或如权利要求9所述的制备方法制得的高镍正极材料作为二次电池正极的电极应用及制造器件。2CN114709377A说明书1/9页一种高镍正极材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及二次电池制备技术领域，尤其涉及一种高镍正极材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]锂离子电池具有高能量密度、高输出电压、高输出功率等优点，广泛应用于电子、交通、能源等领域。特别在新能源汽车领域，锂离子电池是公认最优前途的动力储能技术之一。锂电池的核心部件为正极材料、负极材料、电解液、隔膜，以及相应的连通的附件和回路。正负极材料可以脱/嵌锂离子，实现能量的存储和释放。电解液是锂离子在正负极之间传输的载体，不导电的隔膜可通过锂离子，但将正负极隔开防止短路。其中，正负极材料是发挥储能功能的主体部分，电芯能量密度，循环性能及安全性能最直接的体现者。尤其是正极材料的发展直接制约新能源电动汽车续航、安全性能的提升。因此发展高性能、高安全、低成本的正极材料是研究的关键之一。[0003]高镍(镍含量大于60％)三元