一种表面改性的正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术适用于锂电池正极材料技术领域，提供一种表面改性的正极材料及其制备方法，本发明专利技术简化了高镍材料的制备工艺，免去水洗和过滤过程即可达到均匀包覆的作用，加入异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3在搅拌过程中发生水解反应，析出微量的Al2O3，Al2O3能够吸收材料表面残锂，即降低了材料表面的残碱，提高了材料的后续制作电池时的加工性能，同时在空气或氧气的气氛下进一步与LiOH、Li2CO3反应生成LiAlO2，包覆在材料表面，减弱了电解液对材料的腐蚀，提高了材料结构稳定性，从而提高了材料的循环性能，正极材料被均匀包覆LiAlO2后与纳米级马来酸酐混合，马来酸酐可以减弱成品电池的胀气效应，从而提高锂电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性的正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂电池正极材料
，尤其涉及一种表面改性的正极材料及其制备方法。
技术介绍
为了缓解日益严重的能源危机及环境污染，世界各国均出台了一系列政策来促进燃油车向电动汽车的升级换代。电动汽车对电池高能量密度的要求促进了高镍三元材料的快速发展。三元材料随着镍含量的提高，整体能量密度得到提高，但是由于钴、锰/铝等含量降低，导致材料的结构稳定性下降。同时，高镍材料表面高残碱(LiOH、Li2CO3)的特性也导致正极材料在制备锂离子电池的过程中合浆时出现凝胶，从而导致极片制备困难的问题；而且残留碱会在电池使用过程中与电解液反应，产生气体导致电池故障，严重影响电池的安全性能。针对目前高镍材料结构稳定差、高残碱的缺点，目前常见的解决方式是对高镍材料生产工序增加水洗、过滤、包覆、二烧等过程，来加强和改善高镍的循环性能、倍率性能、安全性能等。但这些增加的工序即增加了生产成本，又产生了含有重金属的废水或溶剂，污染了环境。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种提供一种表面改性的正极材料及其制备方法，旨在简化现有制备流程，不经过水洗、过滤过程即可达到包覆和降残碱的目的，从而提高材料的循环性能和安全性能。一方面，所述一种表面改性的正极材料及其制备方法包括下述步骤：步骤S1、称取一定量镍钴锰酸锂正极材料与异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3在高混机中均匀混合，得到正极材料混合物；步骤S2、用雾化器向步骤S1得到的正极材料混合物中喷入去离子水，喷水的过程中不断搅拌，搅拌过程中异丙醇铝发生水解反应，得到正极材料与微量从晶界析出到晶体表面的LiOH、Li2CO3及Al2O3、(CH3)2CHOH的混合浆状物；步骤S3、将步骤S2得到的混合浆状物转移至旋转蒸发仪中进行旋转蒸发干燥处理，得到正极材料与微量LiOH、Li2CO3、Al2O3混合的粉状物；步骤S4、在空气或氧气的气氛下，将步骤S3得到的粉状物进行烧结，得到LiAlO2均匀包覆的正极材料；步骤S5、将步骤S4得到的LiAlO2包覆的正极材料与纳米级马来酸酐混合，得到马来酸酐/LiAlO2包覆的正极材料。另一方面，所述表面改性的正极材料内层为镍钴锰酸锂正极材料LiaNixCoyMn1-x-yO2，其中，0.9≤a≤1.2，x≥0.7，0＜y≤0.3，中层为LiAlO2包覆层，外层为马来酸酐包覆层。本专利技术的有益效果是：本专利技术简化了镍含量较高的镍钴锰酸锂正极材料制备工艺，免去水洗和过滤过程即可达到均匀包覆的作用，加入异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3在搅拌过程中发生水解反应，析出微量的Al2O3，Al2O3能够吸收材料表面残锂，即降低了材料表面的残碱，提高了材料的后续制作电池时的加工性能，同时在空气或氧气的气氛下进一步与LiOH、Li2CO3反应生成LiAlO2，包覆在材料表面，减弱了电解液对材料的腐蚀，提高了材料结构稳定性，从而提高了材料的循环性能，正极材料被均匀包覆LiAlO2后与纳米级马来酸酐混合，马来酸酐可以减弱成品电池的胀气效应，从而提高锂电池的安全性。附图说明图1是本专利技术实施例1和对比例1、2正极材料制备的锂电池充电后正极片热谱图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的表面改性的正极材料及其制备方法包括下述步骤：步骤S1、称取一定量镍钴锰酸锂正极材料与异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3在高混机中均匀混合，得到正极材料混合物。具体的，首先称取一定量高镍钴锰酸锂正极材料，再称取一定计量比的异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3，异丙醇铝的Al质量为正极材料总质量的1000～6000ppm。步骤S2、用雾化器向步骤S1得到的正极材料混合物中喷入去离子水，喷水的过程中不断搅拌，搅拌过程中异丙醇铝发生水解反应，得到正极材料与微量从晶界析出到晶体表面的LiOH、Li2CO3及Al2O3、(CH3)2CHOH的混合浆状物。本步骤中所述去离子水质量为所述正极材料混合物总质量的20～50wt％，去离子水的温度为30～50℃，喷水的过程中不断搅拌，搅拌速度为300～800r/min，喷雾完成后继续搅拌0.5～3.0h。步骤S3、将步骤S2得到的混合浆状物转移至旋转蒸发仪中进行旋转蒸发干燥处理，得到正极材料与微量LiOH、Li2CO3、Al2O3混合的粉状物。本步骤中旋转蒸发的真空度要求小于或等于-0.1Mpa，烘干温度为80-95℃，烘干时间为3-5h。步骤S4、在空气或氧气的气氛下，将步骤S3得到的粉状物进行烧结，得到LiAlO2均匀包覆的正极材料。本步骤中粉状物烧结的烧结温度为400～600℃，烧结时间为5～12h。步骤S5、将步骤S4得到的LiAlO2包覆的正极材料与纳米级马来酸酐混合，得到马来酸酐/LiAlO2包覆的正极材料。本步骤中马来酸酐质量占LiAlO2均匀包覆的正极材料质量的800～4000ppm。最后制备得到的表面改性的正极材料的内层为镍钴锰酸锂正极材料LiaNixCoyMn1-x-yO2，其中，0.9≤a≤1.2，x≥0.7，0＜y≤0.3，中层为LiAlO2包覆层，外层为马来酸酐包覆层。本专利技术通过加入异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3，在喷入去离子水后进行搅拌过程中发生水解反应，得到正极材料与微量从晶界析出到晶体表面的LiOH、Li2CO3及Al2O3、(CH3)2CHOH的混合浆状物，Al2O3能够吸收材料表面残锂，即降低了材料表面的残碱，提高了材料的后续制作电池时的加工性能，在空气或氧气的气氛下，进一步与LiOH、Li2CO3在400-600℃反应5～12h生成LiAlO2，包覆在材料表面，可以减弱电解液对材料的腐蚀，提高材料结构的稳定性，从而提高了正极材料的循环性能，另外，正极材料被均匀包覆LiAlO2后与纳米级马来酸酐混合，马来酸酐可以减弱成品电池的胀气效应，从而提高锂电池的安全性，整个制备方法简化了高镍材料的制备工艺，免去水洗和过滤过程即可达到均匀包覆的作用。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。实施例1：1)称取100g的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，再称取1.30g异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3并投入到高混机中均匀混合。2)用雾化器向步骤1得到的正极材料混合物中喷入水温为35℃的去离子水40g，喷水的过程中不断搅拌，搅拌速度为600r/min，喷雾完成后继续搅拌2h，搅拌过程中异丙醇铝发生水解反应，得到正极材料与微量从晶界析出到晶体表面的LiOH、Li2CO3及Al2O3、(CH3)2CHOH的混合浆状物。3)将步骤2得到的混合浆状物转移至旋转蒸发仪中进行旋转蒸发干燥处理，真空度为-0.1Mpa，烘干温度为90℃，烘干时间为3h，得到正极材料与微量LiOH、Li2CO3、Al2O3混合的粉状物。4)在空气或氧气的气氛下，将步骤3得到的粉状物在550℃烧结6h，得到被LiAlO2均匀包覆的正极材料。5)将步骤4得到的LiAlO2包覆的正极材料与120mg纳米级马来酸酐混合，得到马来酸酐/LiAl本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面改性的正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤S1、称取一定量镍钴锰酸锂正极材料与异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3在高混机中均匀混合，得到正极材料混合物；步骤S2、用雾化器向步骤S1得到的正极材料混合物中喷入去离子水，喷水的过程中不断搅拌，搅拌过程中异丙醇铝发生水解反应，得到正极材料与微量从晶界析出到晶体表面的LiOH、Li2CO3及Al2O3、(CH3)2CHOH的混合浆状物；步骤S3、将步骤S2得到的混合浆状物转移至旋转蒸发仪中进行旋转蒸发干燥处理，得到正极材料与微量LiOH、Li2CO3、Al2O3混合的粉状物；步骤S4、在空气或氧气的气氛下，将步骤S3得到的粉状物进行烧结，得到LiAlO2均匀包覆的正极材料；步骤S5、将步骤S4得到的LiAlO2包覆的正极材料与纳米级马来酸酐混合，得到马来酸酐/LiAlO2包覆的正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种表面改性的正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤S1、称取一定量镍钴锰酸锂正极材料与异丙醇铝Al[OCH(CH3)2]3在高混机中均匀混合，得到正极材料混合物；步骤S2、用雾化器向步骤S1得到的正极材料混合物中喷入去离子水，喷水的过程中不断搅拌，搅拌过程中异丙醇铝发生水解反应，得到正极材料与微量从晶界析出到晶体表面的LiOH、Li2CO3及Al2O3、(CH3)2CHOH的混合浆状物；步骤S3、将步骤S2得到的混合浆状物转移至旋转蒸发仪中进行旋转蒸发干燥处理，得到正极材料与微量LiOH、Li2CO3、Al2O3混合的粉状物；步骤S4、在空气或氧气的气氛下，将步骤S3得到的粉状物进行烧结，得到LiAlO2均匀包覆的正极材料；步骤S5、将步骤S4得到的LiAlO2包覆的正极材料与纳米级马来酸酐混合，得到马来酸酐/LiAlO2包覆的正极材料。2.如权利要求1所述一种表面改性的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，镍钴锰酸锂正极材料表面残留锂总量为2.5～5.0mol％，所述异丙醇铝的Al质量为镍钴锰酸锂正极材料总质量的1000～6000ppm。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，王建明，徐世国，张文艳，周晓燕，惠科石，
申请(专利权)人：格林美无锡能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32