原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，步骤1，将钛源溶于无水乙醇中，制备钛包覆液；步骤2，将Ni

Method for preparing nickel cobalt cobalt aluminate cathode material modified by in situ coating

The invention provides a method for preparing an in-situ coating modified nickel cobalt lithium aluminate positive electrode material. In step 1, the titanium source is dissolved in anhydrous ethanol to prepare a titanium coating liquid; in step 2, the Ni is prepared

【技术实现步骤摘要】
原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法
本专利技术属于电池材料制备
，具体涉及一种原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池已被广泛应用于小型电子产品和电动汽车等设备中，其性能主要取决于正极材料。因此，开发出能量密度高且结构稳定的正极材料成为人们关注的焦点。其中，镍钴铝酸锂正极材料（NCA正极材料）的可逆容量接近200mAh/g，是目前商业化正极材料中比容量最高的材料。但NCA正极材料最致命的缺点是极易吸水，暴露在空气中会快速与水和CO2反应，在颗粒表面形成LiOH和LiCO3杂质，使材料的残余碱升高，严重影响其加工性能。在充放电过程中，残余碱与电解液中的HF发生副反应释放出气体，又大大降低电池的循环稳定性和安全性。因此，NCA正极材料需增加后处理工艺如表面包覆等方法来减少副反应的发生。目前常用的包覆物为TiO2、Al2O3、MgO等金属氧化物，虽然经改性后的材料界面稳定性得到了提高，但是这些包覆物质本身为电化学惰性材料，不仅阻碍锂离子的迁移，而且降低了NCA材料的比容量；另外常规的包覆方法均为先制备NCA正极材料，再进行包覆，增加了工序和成本。
技术实现思路
针对上上述技术问题，本专利技术提出一种原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，在不增加制备工序、不降低材料比容量的前提下，制备出表面包覆Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料，使得再生出的正极材料具有良好的倍率和循环性能。一种原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将钛源溶于无水乙醇中，制备钛包覆液；步骤2，将Ni0.80Co0.15Al0.05(OH)2前驱体、锂源和络合剂加入上述钛包覆液中，并在60-80℃下加热搅拌得到溶胶；步骤3，将上述溶胶依次经干燥、研磨和过筛所得粉末混合材料置于电阻炉中在800~900℃下烧结10~20h，冷却后得到烧结料；步骤4，将上述烧结料破碎、过筛，得到表面包覆Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料。所述步骤1中钛源为钛酸四丁酯、四氯化钛或钛酸四异丙酯中的一种。所述步骤2中锂源为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂或醋酸锂中的一种。所述步骤2中络合剂为柠檬酸、冰醋酸或氨水中的一种或几种组合。所述步骤4中表面包覆物Li4Ti5O12的质量占表面包覆Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料质量的0.5-3wt.%。本专利技术的有益效果：Li4Ti5O12为尖晶石结构，具有三维锂离子迁移的特性，此材料具有良好的倍率性能。而且Li4Ti5O12是一种零应变材料，即在锂离子的嵌入与脱嵌过程中本专利技术制备的包覆材料（下称包覆材料）的结构不发生变化，因此该包覆材料具有突出的结构稳定性能。另外本专利技术制备的包覆材料为含锂化合物，以Li4Ti5O12作为包覆层，可在不显著影响镍钴铝酸锂正极材料容量的前提下，大幅度提高其循环性能。附图说明图1为实施例1制备的表面包覆Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料XRD图；图2为实施例1制备的表面包覆Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料的循环曲线。具体实施方式实施例1取26.5g钛酸四丁酯溶于2L无水乙醇中并搅拌10min。向溶液中加入500gNi0.80Co0.15Al0.05(OH)2前驱体、245gLiOH·H2O和15g柠檬酸，在60℃下加热搅拌得到溶胶。将溶胶放置在鼓风干燥箱中110℃干燥12h，研磨后过300目筛网。将过筛后的材料置于电阻炉中于850℃保温12h，待物料冷却至室温后取出，经气流破碎后过400目筛网，得到表面包覆1wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料。图1为实施例1制备的表面包覆1wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料XRD图。包覆Li4Ti5O12后材料的XRD图谱不发生明显变化，(006)/(102)和(110)/(108)两对分裂峰分裂明显，无杂相存在，为六方晶系的α-NaFeO2层状结构。图2为镍钴铝酸锂正极材料（未包覆材料）、实施例1制备的表面包覆1wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料（包覆材料）的循环曲线。以未包覆材料/包覆材料为正极，金属锂片为负极，聚乙烯和聚丙烯复合膜（Celgard2300）为隔膜，1MLiPF6的碳酸乙烯酯：碳酸二乙酯（质量比为1:1）混合溶液为电解液，在手套箱中组装成扣式模拟电池。静置12h后进行电化学性能测试。在2.5~4.25V/0.2C倍率条件下进行测试，1C按180mA/g计算。从图中可以看出：由于包覆层的存在，40周之前包覆材料的容量略低于未包覆材料，但在后续的循环中包覆物发挥其优势，经100次循环后，材料的容量保持率高达87%，具有良好的循环性能。实施例2取15g四氯化钛溶于2L无水乙醇中并搅拌10min。向溶液中加入500gNi0.80Co0.15Al0.05(OH)2前驱体、245gLiOH·H2O和15g柠檬酸，在60℃下加热搅拌得到溶胶。将溶胶放置在鼓风干燥箱中110℃干燥12h，研磨后过300目筛网。将过筛后的材料置于电阻炉中于850℃保温12h，待物料冷却至室温后取出，经气流破碎后过400目筛网，得到表面包覆1wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料。对实施例2所得表面包覆1wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料进行了XRD测试。测试所得XRD图具有与图1相同的特征：包覆Li4Ti5O12后材料的XRD图谱不发生明显变化，(006)/(102)和(110)/(108)两对分裂峰分裂明显，无杂相存在，为六方晶系的α-NaFeO2层状结构。对镍钴铝酸锂正极材料（未包覆材料）以及实施例2所得表面包覆1wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料（包覆材料）分别进行了电化学性能测试。采用与实施例1相同方法及测试条件进行了电化学性能测试，测试所得循环曲线具有与图2相类似的特征：由于包覆层的存在，40周之前包覆材料的容量略低于未包覆材料，但在后续的循环中包覆物发挥其优势，经100次循环后，材料的容量保持率高达84.8%，具有良好的循环性能。实施例3取53g钛酸四丁酯溶于2L无水乙醇中并搅拌10min。向溶液中加入500gNi0.80Co0.15Al0.05(OH)2前驱体、248gLiOH·H2O和10g冰醋酸，在80℃下加热搅拌得到溶胶。将溶胶放置在鼓风干燥箱中110℃干燥12h，研磨后过300目筛网。将过筛后的材料置于电阻炉中于880℃保温15h，待物料冷却至室温后取出，经气流破碎后过400目筛网，得到表面包覆2wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料。对实施例3所得表面包覆2wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料进行了XRD测试。测试所得XRD图具有与图1相同的特征：包覆Li4Ti5O12后材料的XRD图谱不发生明显变化，(006)/(102)和(110)/(108)两对分裂峰分裂明显，无杂相存在，为六方晶系的α-NaFeO2层状结构。对镍钴铝酸锂正极材料（未包覆材料）以及实施例3所得表面包覆2wt.%Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料（包覆材料）分别进行了电化学性能测试。采用与实施例1相同方法及测试条件进行了电化学性能测试，测试所得循环曲线具有与图2相类似的特征：由于包覆层的存在，40周之前包覆材料的容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将钛源溶于无水乙醇中，制备钛包覆液；步骤2，将Ni

【技术特征摘要】
1.一种原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将钛源溶于无水乙醇中，制备钛包覆液；步骤2，将Ni0.80Co0.15Al0.05(OH)2前驱体、锂源和络合剂加入上述钛包覆液中，并在60-80℃下加热搅拌得到溶胶；步骤3，将上述溶胶依次经干燥、研磨和过筛所得粉末混合材料置于电阻炉中在800~900℃下烧结10~20h，冷却后得到烧结料；步骤4，将上述烧结料破碎、过筛，得到表面包覆Li4Ti5O12的镍钴铝酸锂正极材料。2.根据权利要求1所述原位包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云河，许开华，叶建，郭苗苗，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42