一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将正极材料的氢氧化物前驱体加水搅拌，得正极材料前驱体浆液；(2)将偏铝酸钠溶解于水中，得铝盐溶液；(3)将正极材料前驱体浆液加入铝盐溶液中，搅拌，通入CO

Method for preparing anode material of alumina coating lithium ion battery

The invention discloses a method for preparing aluminum oxide coated cathode material of lithium ion battery, which comprises the following steps: (1) the precursor cathode material mixing with water, was the precursor cathode material slurry; (2) the sodium aluminate is dissolved in water and aluminum salt solution; (3) the precursor cathode material slurry stirring aluminum salt solution, and pass into the CO

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体涉及一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因具有高能量密度，长循环寿命等优点，除了作为在便携式电子设备方面的应用，锂离子电池在电动汽车和混合动力汽车等大型储能装置中的应用方面的需求也越来越广泛。层状过渡金属氧化物是目前锂离子电池正极材料中运用最广泛的一种，它综合了镍酸锂，钴酸锂，锰酸锂三种材料的优点，同时克服了钴酸锂材料价格昂贵、有毒性等缺点，在成本和安全性能方面具有更大的优势，特别的，高镍材料的可逆容量大，具有较高的能量密度。由于高镍材料在充放电过程中材料表面易于与电解液发生副反应，一方面导致电解液的分解，另一方面会使材料的层状结构坍塌从而恶化材料的循环稳定性。因此急需寻求一种改性方法优化锂离子电池高镍正极材料，改善其循环过程的稳定性。目前，三元材料的改性主要是表面包覆，现有的的包覆方法通常是直接在材料上进行，主要在乙醇，丙醇等有机溶剂中进行，但有机溶剂存在易挥发、易燃等安全隐患，另一方面，由于高镍层状氧化物正极材料对环境中的水非常敏感，在水中浸泡对材料的结构和电化学性能都会产生影响，而前驱体材料则是在水溶液中产生的，因此，如果能实现在水溶液中的包覆就可以进一步改善材料的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种在水溶液中对锂离子电池正极材料进行包覆的氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法。该制备方法不使用有机溶剂，且所得正极材料的电化学性能好。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，通过铝盐水溶液对锂离子电池正极材料前驱体进行氢氧化铝包覆，然后通过混锂烧结进行氧化铝包覆，具体包括以下步骤：(1)将锂离子电池正极材料的氢氧化物前驱体加去离子水搅拌分散均匀，得到锂离子电池正极材料前驱体浆液；(2)将偏铝酸钠溶解于去离子水中，得到铝盐溶液；(3)将步骤(1)所得锂离子电池正极材料前驱体浆液加入到步骤(2)所得铝盐溶液中，搅拌，同时向体系中通入CO2气体，得到氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体；(4)将步骤(3)所得氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体的浆料过滤、洗涤，然后在70℃-80℃烘箱加热烘干，得到氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体粉末；(5)将步骤(4)得到的氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体粉末与锂盐进行混锂，得到混合粉末；(6)将步骤(5)所得混合粉末进行热处理，即得氧化铝包覆锂离子电池正极材料。该制备方法一方面避免了有机溶剂的使用，降低了安全风险，另一方面解决了高镍材料在水体系中不稳定的问题。包覆过程发生的主要反应为：2NaAlO2+CO2+2H2O＝Na2CO3+Al(OH)3↓NaAlO2+CO2+2H2O＝NaHCO3+Al(OH)3↓生成的Al(OH)3均匀的包覆在电极材料氢氧化物前驱体表面。作为对上述技术方案的进一步改进：优选的，步骤(1)中，所述锂离子电池正极材料的氢氧化物前驱体为镍钴锰三元材料。更有选的，步骤(5)中，锂盐与氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体粉末混合的摩尔比为Li/(Ni+Co+Mn)＝1.05:1。更优选的，所述镍钴锰三元材料为LiNixCoyMn1-x-yO2，其中，x≥0.6，y＜0.4。优选的，步骤(6)中，所述混合粉末进行热处理后，包覆材料氧化铝与包覆层内部的锂离子电池正极材料的质量比为1:0.01-0.05。优选的，步骤(3)中，所述锂离子电池正极材料前驱体浆液的温度控制在65℃-75℃，搅拌时间控制在100-140min。优选的，步骤(5)中，所述锂盐为碳酸锂或氢氧化锂。优选的，步骤(6)中，所述热处理具体是指将混锂后得到的混合粉末在450℃-550℃下预烧结300-360min，然后在700℃-800℃的条件下烧结720-900min，自然降温至室温后研磨。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的制备方法，采用全新的偏铝酸钠水溶液体系，通过与CO2气体反应产生Al(OH)3，过程简单可控；并且，包覆过程在锂离子电池正极材料前驱体上进行，合成条件温和，避免了常规水体系包覆过程材料不稳定及有机体系存在安全隐患等的问题，同时改善了锂离子电池三元层状高镍材料的循环性能，提高了材料的结构稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例1中制备的锂离子电池正极材料未包覆和包覆后材料的XRD图谱。图2是本专利技术实施例1中制备的锂离子电池正极材料的循环性能测试图谱。图3是本专利技术实施例1中未包覆与包覆后氢氧化物前驱体的SEM测试图谱。图4是本专利技术实施例1中氧化铝包覆前后材料的SEM测试图谱。图5是本专利技术实施例1中氧化铝包覆前后材料的TEM测试图谱，其中(a)-(c)为未包覆样品，(d)-(f)为包覆样品。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。实施例1：一种本专利技术的氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其具体的制备过程如下：将10gNi0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体用80ml去离子水进行分散，该过程辅以搅拌，30min后停止搅拌。按氧化铝包覆量以质量包覆量计3wt％将0.5184g偏铝酸钠用20ml去离子水溶解，并与前面分散好的前驱体浆液混合，同时向体系通入CO2，在70±5℃的条件下搅拌120min，洗涤过滤后置于80℃鼓风干燥箱中烘干12-15h，得到Al(OH)3包覆的锂离子电池正极材料前驱体。通过对包覆后的前驱体材料进行SEM检测，包覆前后氢氧化物前驱体的SEM图谱如图3所示。由图3可见，前驱体材料的表面形成了一层明显的包覆层。通过EDS能谱分析知，Al元素在颗粒表面均匀分布，从而证实了包覆层的实际存在。将得到的前驱体粉末按照摩尔比Li/(Ni+Co+Mn)＝1.05:1进行混锂。在氧气气氛下进行两段升温，480℃预烧结300min，再升温至750℃烧结900min，自然降温后得到氧化铝包覆锂离子电池正极材料。氧化铝包覆锂离子电池正极材料包覆前后的SEM图谱如图4所示。氧化铝包覆锂离子电池正极材料包覆前后的TEM图谱如图5所示。通过图5的TEM测试结果进一步证实了包覆层的存在。比较结合图4和图5发现，一次颗粒的尺寸明显减小。图1为本实施例锂离子电池正极材料未包覆和包覆后的XRD图谱。对由该锂离子电池正极材料组装成的电池在2.8-4.3V的电压范围内进行充放电测试，从材料在1C(200mAhg-1)倍率下的循环性能图(图2)中可以看出，氧化铝包覆后正极材料的循环稳定性得到了明显的改善，这归功于包覆层的存在抑制了电极与电解液之间的界面反应。实施例2：一种本专利技术的氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其具体的制备过程如下：以商业化的层状高镍材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，通过铝盐水溶液对锂离子电池正极材料前驱体进行氢氧化铝包覆，然后通过混锂烧结进行氧化铝包覆，具体包括以下步骤：(1)将锂离子电池正极材料的氢氧化物前驱体加去离子水搅拌分散均匀，得到锂离子电池正极材料前驱体浆液；(2)将偏铝酸钠溶解于去离子水中，得到铝盐溶液；(3)将步骤(1)所得锂离子电池正极材料前驱体浆液加入到步骤(2)所得铝盐溶液中，搅拌，同时向体系中通入CO

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，通过铝盐水溶液对锂离子电池正极材料前驱体进行氢氧化铝包覆，然后通过混锂烧结进行氧化铝包覆，具体包括以下步骤：(1)将锂离子电池正极材料的氢氧化物前驱体加去离子水搅拌分散均匀，得到锂离子电池正极材料前驱体浆液；(2)将偏铝酸钠溶解于去离子水中，得到铝盐溶液；(3)将步骤(1)所得锂离子电池正极材料前驱体浆液加入到步骤(2)所得铝盐溶液中，搅拌，同时向体系中通入CO2气体，得到氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体；(4)将步骤(3)所得氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体的浆料过滤、洗涤，然后在70℃-80℃烘箱加热烘干，得到氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体粉末；(5)将步骤(4)得到的氢氧化铝包覆的锂离子电池正极材料前驱体粉末与锂盐进行混锂，得到混合粉末；(6)将步骤(5)所得混合粉末进行热处理，即得氧化铝包覆锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述锂离子电池正极材料的氢氧化物前驱体为镍钴锰三元材料。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志兴，董明霞，李新海，郭华军，赵俊楷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43