一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3制成混合溶液，然后加到NaOH溶液中，搅拌，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，干燥，得到正极材料前驱体；S2、将正极材料前驱体与LiOH于无水乙醇中混合，球磨后进行活化处理，得到活化材料；S3、将活化材料煅烧，煅烧过程在活化材料表面进行碳包覆，得到铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料。本发明专利技术提出的一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，有效稳定三元正极材料的层状结构，抑制阳离子混排，同时提高了三元正极材料的倍率容量、循环性能及电子导电率等性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法
本专利技术涉及电池正极材料
，尤其涉及一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法。
技术介绍
能源短缺和环境污染是当今世界面临的两大难题，大力开发可再生能源和发展新能源汽车是解决这两大难题的有效途径，而高效的能量存储系统是实现这两个途径的关键。锂离子电池因其能量密度高，寿命长，环境友好等特点成为最受欢迎的能量存储系统。锂离子电池发展的关键在于寻求具有高能量密度、高安全性、环境友好和价格低廉特点的电池材料，而正极材料在锂离子电池的发展中又起到了决定性的作用。在众多锂离子正极材料中，三元材料因具有高理论容量、热稳定性好、高离子迁移等优点而受到了广泛的关注。然而，目前三元正极材料存在倍率容量低、电子导电率低、阳离子混排、循环性能差的缺陷，限制了锂离子电池的发展。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，通过优化制备工艺，有效稳定三元正极材料的层状结构，抑制阳离子混排，同时提高了三元正极材料的倍率容量、循环性能及电子导电率等性能。本专利技术提出的一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3制成混合溶液，然后加到NaOH溶液中，搅拌，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，干燥，得到正极材料前驱体；S2、将正极材料前驱体与LiOH于无水乙醇中混合，球磨后进行活化处理，得到活化材料；S3、将活化材料煅烧，煅烧过程在活化材料表面进行碳包覆，得到铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料。优选地，S1中，将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3制成混合均匀的溶液，然后缓慢滴加到NaOH溶液中，在pH＝10.5～11.2的体系下搅拌1.5～2.5h，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，在70～140℃温度条件下干燥24～35h，得到正极材料前驱体。优选地，将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3制成混合均匀的溶液，然后缓慢滴加到NaOH溶液中，在pH＝11的体系下搅拌2h，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，在80～120℃温度条件下干燥26～30h，得到正极材料前驱体。优选地，S2中，将正极材料前驱体与LiOH于无水乙醇中混合，采用行星式球磨机进行球磨；其中，研磨介质为玛瑙球，球磨转速为100～300r/min，球磨时间为2～6h。优选地，正极材料前驱体中Ni2+、Mn2+、Co2+、Ce3+的摩尔之和与LiOH中Li+的摩尔之间比值为1:1～1.1。优选地，S2中，将球磨后的物料以4～6℃/min的升温速率升温至480～520℃，保温9～11h，得到活化材料。优选地，S3中，将活化材料以2～8℃/min的升温速率升温至600～800℃，煅烧8～10h。优选地，S3中，以苯系物为碳源，采用化学气相沉积法在活化材料表面进行碳包覆，其中，气体流量为20～40mL/min。优选地，一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料，采用上述铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法制备得到。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：1)通过掺杂改性，三元正极材料的导电性和锂离子的扩散速率都有一定的提高；2)Ce元素的掺杂稳定了正极材料的层状结构，抑制了阳离子混排，有助于减少首次不可逆容量损失，提高放电容量，提高材料的循环寿命，同时在高倍率放电下，可以保持很好的充放电性能；3)采取包覆工艺可以改变活性物质的表面性质以避免活性物质与电解液的界面反应，使其在较高电压循环过程中保持材料的稳定性。本专利技术采取掺杂Ce元素的改性方式，稳定正极材料的层状结构，抑制阳离子混排。同时，通过表面包覆碳改善活性材料粒子的分散性和热稳定性，使粒子具有新的物理、化学、机械性能，改善锂离子电池正极材料的性能。本专利技术提出的一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，通过优化制备工艺，有效稳定了三元正极材料的层状结构，抑制了阳离子混排，同时提高了三元正极材料的倍率容量、循环性能及电子导电率等性能。附图说明图1为本专利技术实施例1与对比例3中正极材料在3-4.4V电压区间的循环性能曲线图。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1本专利技术提出的一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3以5:5:4:1的摩尔比制成混合均匀的溶液，然后缓慢滴加到NaOH溶液中，在pH＝11的体系下搅拌2h，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，在100℃温度条件下干燥30h，得到正极材料前驱体；S2、将正极材料前驱体与LiOH于无水乙醇中混合，采用行星式球磨机进行球磨，研磨介质为玛瑙球，球磨转速为200r/min，球磨时间为4h，然后以5℃/min的升温速率升温至500℃，保温10h，得到活化材料；其中，正极材料前驱体中Ni2+、Mn2+、Co2+、Ce3+的摩尔之和与LiOH中Li+的摩尔之间比值为1:1.03；S3、将活化材料以5℃/min的升温速率升温至700℃，煅烧9h，煅烧过程中以苯系物为碳源，采用化学气相沉积法在活化材料表面进行碳包覆处理，其中，气体流量为30mL/min，得到铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料。实施例2本专利技术提出的一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3以15:4:9:2的摩尔比制成混合均匀的溶液，然后缓慢滴加到NaOH溶液中，在pH＝11的体系下搅拌2h，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，在100℃温度条件下干燥30h，得到正极材料前驱体；S2、将正极材料前驱体与LiOH于无水乙醇中混合，采用行星式球磨机进行球磨，研磨介质为玛瑙球，球磨转速为200r/min，球磨时间为4h，然后以5℃/min的升温速率升温至500℃，保温10h，得到活化材料；其中，正极材料前驱体中Ni2+、Mn2+、Co2+、Ce3+的摩尔之和与LiOH中Li+的摩尔之间比值为1:1.03；S3、将活化材料以5℃/min的升温速率升温至700℃，煅烧9h，煅烧过程中以苯系物为碳源，采用化学气相沉积法在活化材料表面进行碳包覆处理，其中，气体流量为30mL/min，得到铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料。实施例3本专利技术提出的一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3以24:1:3:2的摩尔比制成混合均匀的溶液，然后缓慢滴加到NaOH溶液中，在pH＝11的体系下搅拌2h，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，在100℃温度条件下干燥30h，得到正极材料前驱体；S2、将正极材料前驱体与LiOH于无水乙醇中混合，采用行星式球磨机进行球磨，研磨介质为玛瑙球，球磨转速为200r/min，球磨时间为4h，然后以5℃/min的升温速率升温至500℃，保温10h，得到活化材料；其中，正极材料前驱体中Ni2+、Mn2+、Co2+、Ce3+的摩尔之和与LiOH中Li+的摩尔之间比值为1:1.03；S3、将活化材料以5℃/mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3制成混合溶液，然后加到NaOH溶液中，搅拌，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，干燥，得到正极材料前驱体；S2、将正极材料前驱体与LiOH于无水乙醇中混合，球磨后进行活化处理，得到活化材料；S3、将活化材料煅烧，煅烧过程在活化材料表面进行碳包覆，得到铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3制成混合溶液，然后加到NaOH溶液中，搅拌，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，干燥，得到正极材料前驱体；S2、将正极材料前驱体与LiOH于无水乙醇中混合，球磨后进行活化处理，得到活化材料；S3、将活化材料煅烧，煅烧过程在活化材料表面进行碳包覆，得到铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料。2.根据权利要求1所述铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，S1中，将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3制成混合均匀的溶液，然后缓慢滴加到NaOH溶液中，在pH＝10.5～11.2的体系下搅拌1.5～2.5h，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，在70～140℃温度条件下干燥24～35h，得到正极材料前驱体。3.根据权利要求2所述铈掺杂与碳包覆相结合改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，将NiSO4、MnSO4、CoSO4、Ce(NO3)3制成混合均匀的溶液，然后缓慢滴加到NaOH溶液中，在pH＝11的体系下搅拌2h，静置沉淀，过滤，用水洗涤至中性，在80～120℃温度条件下干燥26～30h，得到正极材料前驱体。4.根据权利要求1-3中任一项所述铈掺杂与碳包覆相...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝虹阳，厉运杰，王世旭，宋红芳，荆孟娜，张宏立，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34