三元正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及电池领域，具体公开了一种三元正极材料及其制备方法和锂离子电池，该制备方法包括：(1)将正硅酸四乙酯、有机溶剂、水和Ni-Co-Mn三元材料前驱体混合，然后脱除混合得到的混合物中的有机溶剂和水以获得固体产物；将步骤(1)所得到的固体产物与锂盐混合，然后在含氧气氛下进行煅烧。本发明专利技术还提供了一种三元正极材料，该三元正极材料含有Li2SiO3和LiNiaCobMncO2，其中，a、b和c均大于0且小于1，且a+b+c＝1。本发明专利技术提供的三元正极材料具有较高的倍率性能和循环稳定性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池领域，具体地，涉及一种三元正极材料及其制备方法和一种锂离子电池。
技术介绍
随着环境恶化及化石型不可再生资源的匮乏，当下人们对新能源的需求越来越急迫。作为一种绿色能源的锂离子电池，自从上世纪90年代初成功开发以来，就以其比能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染等独特优势而倍受关注，已在手机、数码相机、笔记本电脑等小型便携式电子产品中广泛应用，并且逐渐成为电动汽车最主要的候选动力电源之一。然而，随着电子数码产品换代加速、新能源产业的发展以及军事装备的高科技化、小型化，对锂离子电池的能量密度、安全可靠性及循环寿命提出了更高的要求，因此如何提升现阶段商业化的正极材料的高比能化一直是研究的重点。目前商业化的锂离子电池正极材料主要为层状三元正极材料LiNiaCobMncO2(0＜a,b,c＜1，a+b+c＝1)，为了获得高的能量密度，一是增加材料中Ni的比重，在普通截止电压(不高于4.3V)下，材料随着Ni含量的增加，比容量增加，但其循环稳定性、热安全性等却呈现下降趋势；二是提升材料的充放电截止电压(大于4.3V)，随着电压的提升，比容量提高，但循环稳定性、热安全性等也呈下降趋势。以上两种状况都是由于材料在充电过程中材料表面易与电解液发生副反应，导致材料的电荷传递阻抗Rct增大，同时反应的不可控引发热失控，进而影响材料的电化学性能。当前表面包覆方法已广泛应用于提升锂离子电池正极材料改性制备，明显提升了材料的循环稳定性、热安全性等。CN103094553A公布了一种AlF3包覆层状正极材料Li1+xM1-xO2(M可以是Ni、Co、Mn、Al中的一种或多种，0≤x≤1/3)，AlF3为一种非快离子导体，虽然提升了材料的循环稳定性，但对于倍率性能的提升没有显著贡献。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有的锂离子正极材料的倍率性能差、循环稳定性差等缺陷，提供一种倍率性能和循环稳定性能优良的三元正极材料及其制备方法和锂离子电池。为了实现上述目的，本专利技术提供一种三元正极材料，其中，该三元正极材料含有Li2SiO3和LiNiaCobMncO2，其中，a、b和c均大于0且小于1，且a+b+c＝1。本专利技术通过在常规LiNiaCobMncO2材料中加入快离子导体Li2SiO3，提高了材料的循环稳定性和倍率性能，在本专利技术的优选实施方式中，将快离子导体Li2SiO3包覆在LiNiaCobMncO2正极材料表面，进一步提高了材料的循环稳定性和倍率性能。本专利技术还提供一种三元正极材料的制备方法，其中，该方法包括：(1)将正硅酸四乙酯、有机溶剂、水和Ni-Co-Mn三元材料前驱体混合，然后脱除混合得到的混合物中的有机溶剂和水以获得固体产物；(2)将步骤(1)所得到的固体产物与锂盐混合，然后在含氧气氛下进行煅烧。本专利技术还提供了由上述方法制得的三元正极材料。本专利技术还提供了一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池的正极材料包括上述三元正极材料。本专利技术提供的方法使得快离子导体Li2SiO3包覆在LiNiaCobMncO2正极材料表面，煅烧促进了晶型的完整和结构稳定，使锂离子扩散通道形成的更完整，通道结构稳固，从而有利于锂离子扩散，提高倍率性能。同时稳定的结构可以减小循环过程中的体积收缩和晶体塌陷，因此具有更好的循环稳定性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是实施例1制得三元正极材料S-1的XRD图(见曲线1)和对比例1制得三元正极材料D-1的XRD图(见曲线2)。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本发明。本专利技术提供一种三元正极材料，其中，该三元正极材料含有Li2SiO3和LiNiaCobMncO2，其中，a、b和c均大于0且小于1，且a+b+c＝1。在本专利技术中，a、b和c的取值范围较宽，只要满足a、b和c均大于0且小于1，且a+b+c＝1即可，优选地，a大于等于0.3且小于1；b大于0且小于等于0.4；c大于0且小于0.4。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述三元正极材料中，所述Li2SiO3与所述LiNiaCobMncO2的摩尔比为(0.5-10)：100，进一步优选所述Li2SiO3与所述LiNiaCobMncO2的摩尔比为(3-10)：100。采用该优选的含量能够进一步提高三元正极材料的循环稳定性和倍率性能。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述Li2SiO3包覆在LiNiaCobMncO2的外表面，该种优选实施方式能够进一步提高材料的循环稳定性和倍率性能。本专利技术提供的三元正极材料只要具有前述特征即可实现本专利技术的目的，对其制备方法无特殊要求，凡是能够制备出具有前述特征和性质的三元正极材料的方法均可用于本专利技术，针对本专利技术，优选三元正极材料按照如下方法制备，该方法包括：(1)将正硅酸四乙酯、有机溶剂、水和Ni-Co-Mn三元材料前驱体混合，然后脱除混合得到的混合物中的有机溶剂和水以获得固体产物；(2)将步骤(1)所得到的固体产物与锂盐混合，然后在含氧气氛下进行煅烧。本专利技术采用先使正硅酸四乙酯和Ni-Co-Mn三元材料前驱体混合均匀，然后与锂盐作用，在含氧气氛下煅烧的方法，使得快离子导体Li2SiO3包覆在LiNiaCobMncO2正极材料表面，在含氧气氛下煅烧更是促进了所制得三元正极材料晶型的完整和结构稳定，使锂离子扩散通道形成的更完整，通道结构稳固，从而有利于锂离子扩散，提高倍率性能。同时稳定的结构可以减小循环过程中的体积收缩和晶体塌陷，因此具有更好的循环稳定性。在本专利技术中，对所述正硅酸四乙酯、有机溶剂、水和Ni-Co-Mn三元材料前驱体混合的方式没有特别的限制，为了使其混合均匀，优选先将正硅酸四乙酯滴入到有机溶剂和水中，然后加入Ni-Co-Mn三元材料前驱体。在本专利技术中，优选步骤(1)中脱除混合得到的混合物中的有机溶剂和水以获得固体产物的实施方式包括：在常温下搅拌，然后在40-80℃下搅拌，待溶液蒸干后进行干燥。本专利技术对所述常温下搅拌和40-80℃下搅拌的时间没有特别的限制，只要将溶液蒸干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三元正极材料，其特征在于，该三元正极材料含有Li2SiO3和LiNiaCobMncO2，其中，a、b和c均大于0且小于1，且a+b+c＝1。

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料，其特征在于，该三元正极材料含有Li2SiO3和
LiNiaCobMncO2，其中，a、b和c均大于0且小于1，且a+b+c＝1。
2.根据权利要求1所述的三元正极材料，其中，所述Li2SiO3与所述
LiNiaCobMncO2的摩尔比为(0.5-10)：100，优选为(3-10)：100。
3.根据权利要求1或2所述的三元正极材料，其中，所述Li2SiO3包覆
在LiNiaCobMncO2的外表面。
4.一种三元正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将正硅酸四乙酯、有机溶剂、水和Ni-Co-Mn三元材料前驱体混合，
然后脱除混合得到的混合物中的有机溶剂和水以获得固体产物；
(2)将步骤(1)所得到的固体产物与锂盐混合，然后在含氧气氛下进
行煅烧。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，
所述正硅酸四乙酯、Ni-Co-Mn三元材料前驱体和锂盐的用量使得制备
的三元正极材料中Li2SiO3与LiNiaCobMncO2的摩尔比为(0.5-10)：100，优
选为(3-10)：100，其中a、b和c均大于0且小于1，且a+b+c＝1，
优选地，所述有机溶剂与水的体积比为1：(0.01-1)；
优选地，所述正硅酸四乙酯与Ni-Co-M...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伯荣，穆道斌，王垒，许洪亮，刘琦，盖亮，江兵，毕佳颖，陈实，吴锋，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11