一种改性多晶高镍正极材料及其制备方法、锂离子电池和用电设备与流程

本技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种改性多晶高镍正极材料及其制备方法、锂离子电池和用电设备。

背景技术：

1、层状过渡金属氧化物正极材料（如ncm、nca等）是锂离子动力电池的主流正极体系。当镍含量占过渡金属总摩尔量80%以上时称为高镍材料，超过90%则称为超高镍材料。高镍/超高镍材料凭借高比容量和高能量密度的优势，在新能源汽车及储能领域得到广泛应用。

2、然而，随着镍含量的提升，材料本征结构稳定性下降，循环过程中体相微裂纹的产生与扩展、以及表面残碱与电解液的副反应导致高阻抗界面层形成，使得直流内阻（dcr）持续增长，严重制约了电池的长寿命与高安全应用。

3、当前，针对高镍正极材料的改性策略主要包括元素掺杂和表面包覆等。然而，现有技术多聚焦于提升容量保持率，对循环过程中dcr的抑制缺乏系统性考量。单一包覆层或简单掺杂方案难以兼顾体相结构稳定与界面离子导通的双重需求，如何通过协同设计实现低dcr增长与长循环寿命的统一，仍是尚未突破的技术瓶颈。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种改性多晶高镍正极材料及其制备方法、锂离子电池和用电设备，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本技术第一方面提供一种改性多晶高镍正极材料，包括内核和依次设置于所述内核表面的第一包覆层、第二包覆层和第三包覆层；

3、所述内核包括层状氧化物和掺杂元素a，所述a由zr、la和sr组成；

4、所述第一包覆层包括锂-a'二元氧化复合物，所述a'包括zr和la；

5、所述第二包覆层包括锂-a''四元氧化复合物，所述a''包括co、sb、ti和la；

6、所述第三包覆层包括锂-a'''三元氧化复合物，所述a'''包括al、w和b。

7、可选地，所述的改性多晶高镍正极材料满足以下条件中的至少一个：

8、（1）所述内核的化学通式为linixmyazo2，其中，0.8≤x≤0.98，0.002≤y≤0.25，0.0001≤z≤0.15，x+y+z=1，m包括co、mn、al中的至少两种；

9、（2）所述第一包覆层中的zr的浓度为200-350ppm，la的浓度为300-800ppm；

10、（3）所述第二包覆层中的co的浓度为3000-12000ppm，sb的浓度为200-800ppm，ti的浓度为100-500ppm，la的浓度为200-1000ppm；

11、（4）所述第三包覆层中的al的浓度为200-800ppm，b的浓度为100-300ppm，w的浓度为50-250ppm。

12、可选地，所述内核的化学通式为linixmyazo2，其中，0.0001≤z≤0.03。

13、可选地，所述的改性多晶高镍正极材料满足以下条件中的至少一个：

14、（1）所述第一包覆层的厚度为0.8-4.0nm；

15、（2）所述第二包覆层的厚度为15-30nm；

16、（3）所述第三包覆层的厚度为1.5-5.0nm；

17、（4）所述改性多晶高镍正极材料的一次颗粒的长径比≤2.0；

18、（5）所述改性多晶高镍正极材料的二次颗粒孔隙率≤2.5%；

19、（6）所述改性多晶高镍正极材料的d50为5-20μm。

20、可选地，所述内核从内到外依次包括体相区域、次表层区域和表层区域，所述体相区域的半径为所述内核的半径的0.3-0.9，次表层区域介于所述体相区域和所述表层区域之间，所述表层区域的直径≤50nm；

21、所述体相区域的掺杂元素包括zr；

22、所述次表层区域的掺杂元素包括zr和sr；

23、所述表层区域包括zr和la。

24、本技术第二方面提供一种所述的改性多晶高镍正极材料的制备方法，包括：

25、将前驱体、锂源、含a化合物进行第一混合，得到第一混合物，在有氧条件下，将所述第一混合物进行第一烧结，得到一烧物料；

26、将所述一烧物料和含a''化合物进行第二混合，得到第二混合物，在有氧条件下，将所述第二混合物进行第二烧结，得到二烧物料；

27、将所述二烧物料进行水洗，得到水洗后物料；

28、将所述水洗后物料和含a'''化合物进行第三混合，得到第三混合物，在有氧条件下，将所述第三混合物进行第三烧结，得到改性多晶高镍正极材料。

29、可选地，所述的改性多晶高镍正极材料的制备方法满足以下条件中的至少一个：

30、（1）所述含a化合物包括a的氧化物、氢氧化物、碳酸盐中的至少一种；

31、（2）所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、氟化锂、硝酸锂和草酸锂及其水合物中的至少一种；

32、（3）所述含a''化合物包括a''的氧化物、氢氧化物、卤化物、含氧酸盐中的至少一种；

33、（4）所述含a'''化合物包括a'''的氧化物、氢氧化物、卤化物、含氧酸盐中的至少一种；

34、（5）所述前驱体、所述锂源中的li、所述含a化合物中的a的摩尔量为1：1.02-1.15：0.001-0.15；

35、（6）所述第二混合物中的a''的浓度为4000-8500ppm；

36、（7）所述第三混合物中的a'''的浓度为1000-3600ppm；

37、（8）所述含a化合物中的含锆化合物的比表面积为15-90m2/g。

38、可选地，所述的改性多晶高镍正极材料的制备方法满足以下条件中的至少一个：

39、（1）所述有氧条件下的氧含量≥80%；

40、（2）所述第一烧结包括依次进行的低温烧结、中温烧结和高温烧结；

41、所述低温烧结的升温速率为1-5℃/min，终点温度为450-600℃，保温时间为2-6h；

42、所述中温烧结的升温速率为0.6-3℃/min，终点温度为600-690℃，保温时间为6-19h；

43、所述高温烧结的升温速率为3-9℃/min，终点温度为690-820℃，保温时间为6-12h；

44、（3）所述第二烧结的升温速率为2-5℃/min，终点温度为630-730℃，时间为8h-16h；

45、（4）所述第三烧结的升温速率为4-9℃/min，终点温度为200-400℃，时间为6h-13h。

46、本技术第三方面提供一种锂离子电池，包括所述的改性多晶高镍正极材料。

47、本技术第四方面提供一种用电设备，包括所述的锂离子电池。

48、与现有技术相比，本技术的有益效果包括：

49、本技术提供的改性多晶高镍正极材料，掺杂元素a和第一包覆层对材料本体结构强度进行提升，改善循环及循环初期dcr增长；再通过锂-a''四元氧化复合物在第一包覆层外形成第二包覆层，在消耗残碱的同时，协同构建了具有高离子/电子混合导电能力的界面层，显著降低了界面电荷转移阻抗；再通过锂-a'''三元氧化复合物包覆形成最外层包覆层，该最外层修饰层与llzo包覆层（第一包覆层）形成“双离子导体”界面结构，进一步降低了锂离子跨界面迁移的能垒，使倍率性能提升的同时，显著延缓了循环过程中因界面退化导致的dcr增长；本技术提供的改性多晶高镍正极材料具有优异的电化学性能和较低的循环dcr增长率。

50、本技术提供的改性多晶高镍正极材料的制备方法，通过第一烧结实现zr、sr、la三元素的梯度分布与llzo快离子导体层的原位生成，奠定低dcr增长的体相与界面基础；通过第二烧结引入co、sb、ti和la的复合包覆，进一步消耗表面残锂，构筑多功能复合界面层，改善电荷转移能力；通过第三烧结引入al、w和b，在颗粒最外层生成含锂化合物（如libo2、lialo2、li2wo4），形成的高离子电导的修饰层，进一步提升界面离子传输能力并填充表面孔隙。

51、本技术提供的锂离子电池和用电设备，功率特性和循环寿命要求得到有效提高。