一种耐高温高镍三元正极材料及其制备方法和应用技术

技术编号:18671708 阅读:24 留言:0更新日期:2018-08-14 21:11
本发明专利技术公开了一种耐高温高镍三元正极材料,包括基底和基底上的包覆层,所述基底材料的化学式为:LiNixCoyMn1‑x‑yO2或LiNixCoyAl1‑x‑yO2,其中0.5≤x

High temperature and high nickel three electrode cathode material and preparation method and application thereof

The invention discloses a high-temperature and high-nickel ternary cathode material, including a substrate and a coating layer on the substrate. The chemical formula of the substrate material is: LiNixCoyMn1_x_yO2 or LiNixCoyAl1 x yO2, in which 0.5 < x

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温高镍三元正极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电化学
,特别是涉及一种耐高温高镍三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
三元材料(NCA和NCM)兼具LiCoO2、LiMnO2和LiNiO2的优点。而且,有研究表明,随之三元体系中的Ni含量的增加,材料的克容量也相应增加。因此,高镍三元材料被认为是最有应用前景的新型正极材料。但随着Ni含量的增加,Li+和Ni2+混排也更加严重,导致循环稳定性差,首次不可逆容量高。而且表面多余的锂盐会吸收空气中的水和CO2,是材料表面结构破坏;表面高价态的Ni4+会加速电解液分解,分解产物会加速电极材料结构的破坏,从而导致电池循环稳定性下降,安全性能下降,并且,在高温下电池容量衰减更快,正极材料结构更容易崩塌。公开号为CN101308925A的中国专利公开了一种金属氧化物包覆的高镍三元材料的制备方法,利用TiO2、Al2O3、MgO2和Cr2O3等包覆的高镍三元材料,隔绝高镍三元材料和电解液的接触,提高电池的循环稳定性,但所使用的金属氧化物是惰性材料,离子电导率不高,使正极材料的容量和倍率性能下降,而且其导热能力不足,不能及时将电极材料产生的热散发出去,使热量不断集中,最后使温度升高,造成安全隐患。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足,本专利技术提供了一种耐高温高镍三元正极材料及其制备方法和应用,是一种高容量、高循环、高倍率、离子电导率高,安全性能优良的锂离子电池三元正极材料。本专利技术的第一个目的是提供一种耐高温高镍三元正极材料,所述耐高温高镍三元正极材料包括基底和基底上的包覆层,所述基底材料的化学式为:LiNixCoyMn1-x-yO2或LiNixCoyAl1-x-yO2,其中0.5≤x&lt;1,0&lt;y&lt;1,且x+y&lt;1;所述包覆层材料为碳化硼,且包覆层占基体质量比的0.1~10%。优选地,所述基底材料的化学式为:LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2或LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。本专利技术的第二个目的是提供上述耐高温高镍三元正极材料的制备方法,包括如下步骤:S1:按照N:B摩尔比1~10:1的比例分别取氮源和硼源,将氮源和硼源加入到溶剂中,40~80℃加热搅拌充分溶解,得到混合溶液;S2:将一定量的基底材料加入到S1的混合溶液中搅拌2~6h,进行干燥,并研磨成粉末;S3:在惰性气氛或氨气气氛中,对S2得到的粉末进行烧结,烧结温度为200~600℃,烧结时间为3~8h,然后球磨,得到所述耐高温高镍三元正极材料。优选地,所述硼源选自硼砂、硼酸、硼酸铵、氟硼酸铵中的一种或几种的组合;所述氮源选自氨水、氯化铵、氟化氨、碳酸铵、尿素、三聚氰胺、碳酸氢铵、氨基钠、叠氮化锂中的一种或几种的组合。更优选地,所述溶剂选自去离子水、乙醇、丙酮、甲苯、氯仿中的一种或几种的组合。优选地,所述基底材料与所述B的摩尔比为2~200:1。优选地,S2中,干燥方式为喷雾干燥、鼓风干燥、真空干燥和冷冻干燥中的任意一种。本专利技术的第三个目的是提供上述耐高温高镍三元正极材料在锂离子电池中作为正极材料的用途。与现有技术相比,本专利技术的有益效果在于:本专利技术以高镍三元材料(NCA和NCM)为基底,通过原位生成BN包覆层,不仅具有很好的导热性和化学惰性,还具有很好的离子导通性,提供了一种高容量、高循环、高倍率、离子电导率高,安全性能优良的锂离子电池三元正极材料。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1提供的耐高温高镍三元正极材料的XRD图谱;图2是本专利技术实施例6提供的耐高温高镍三元正极材料的扫描电镜图谱;图3是本专利技术实施例6提供的耐高温高镍三元正极材料在50℃下的电化学性能图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施,下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明,但所举实施例不作为对本专利技术的限定。除非另有定义,下文中所用是的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。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,本专利技术以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。鉴于锂离子电池中高镍三元材料目前存在的问题,本专利技术提供了一种耐高温高镍三元正极材料,包括基底和基底上原位生成的导热性、离子导通性和化学惰性较好的包覆层,所述基底材料的化学式为:LiNixCoyMn1-x-yO2或LiNixCoyAl1-x-yO2,其中0.5≤x&lt;1,0&lt;y&lt;1,且x+y&lt;1;所述包覆层材料为碳化硼,且包覆层占基体质量比的0.1~10%。很好的改善了高镍三元材料在使用过程中材料结构的破坏和热传导,下面就以具体的示例对本专利技术的技术方案进行详细的说明。实施例1本实施例提供的耐高温高镍三元正极材料,其制备过程具体如下:将N:B摩尔比5:1的氨水和硼酸铵加入到去离子水中,搅拌,50℃加热使其充分溶解,得到混合溶液;按摩尔比为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2:B为40:1的比例取LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和混合溶液,混合,搅拌3h,真空干燥,并研磨成粉末。对得到的粉末进行烧结,在N2中以5℃/min升温至400℃并保温3h,随炉温降温,研磨,得到所述耐高温高镍三元正极材料。实施例2本实施例提供的耐高温高镍三元正极材料,其制备过程和实施例1相同,不同之处仅在于,所采用的基底材料不同,本实施例采用的基底材料为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。实施例3本实施例提供的耐高温高镍三元正极材料,其制备过程和实施例1相同,不同之处仅在于,烧结时,采用的环境气氛不同,本实施例采用NH3作为环境气氛。实施例4本实施例提供的耐高温高镍三元正极材料,其制备过程和实施例1相同,不同之处仅在于,烧结时,采用的环境气氛不同,本实施例采用Ar/NH3(体积比为90:10)作为环境气氛。实施例5本实施例提供的耐高温高镍三元正极材料,其制备过程具体如下:将N:B摩尔比8:1的尿素和硼酸加入到无水乙醇中,搅拌,30℃加热使其充分溶解,得到混合溶液;按摩尔比为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2:B为100:1的比例取LiNi0.8Co0.15Al0.05O2和上述混合溶液,混合,搅拌2h,真空干燥,并研磨成粉末。在NH3中以5℃/min升温至500℃并保温4h,随炉温降温,研磨,得到所述耐高温高镍三元正极材料。实施例6本实施例提供的耐高温高镍三元正极材料,其制备过程具体如下:将N:B摩尔比4:1的氯化铵和氟硼酸铵加入到去离子水中,搅拌,30℃加热使其充分溶解,得到混合溶液;按摩尔比为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2:B为100:1的比例取LiNi0.8Co0.15Al0.05O2和上述混合溶液,混合,搅拌2h,真空干燥,并研磨成粉末。在Ar/N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温高镍三元正极材料,其特征在于,所述耐高温高镍三元正极材料包括基底和基底上的包覆层,所述基底材料的化学式为:LiNixCoyMn1‑x‑yO2或LiNixCoyAl1‑x‑yO2,其中0.5≤x

【技术特征摘要】
1.一种耐高温高镍三元正极材料,其特征在于,所述耐高温高镍三元正极材料包括基底和基底上的包覆层,所述基底材料的化学式为:LiNixCoyMn1-x-yO2或LiNixCoyAl1-x-yO2,其中0.5≤x&lt;1,0&lt;y&lt;1,且x+y&lt;1;所述包覆层材料为碳化硼,且包覆层占基体质量比的0.1~10%。2.根据权利要求1所述的耐高温高镍三元正极材料,其特征在于,所述基底材料的化学式为:LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2或LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。3.根据权利要求1所述的耐高温高镍三元正极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:按照N:B摩尔比1~10:1的比例分别取氮源和硼源,将氮源和硼源加入到溶剂中,40~80℃加热搅拌充分溶解,得到混合溶液;S2:将一定量的基底材料加入到S1的混合溶液中搅拌2~6h,进行干燥,并研磨成粉末;S3:在惰性气氛或...

【专利技术属性】
技术研发人员:沈超谢科予原凯顾金镭魏秉庆
申请(专利权)人:西北工业大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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