镍钴锰酸锂的表面改性技术制造技术

本发明专利技术属于无机非金属材料领域，涉及一种镍钴锰酸锂的表面改性技术。通过将高温烧结后的镍钴锰酸锂放入到改性溶剂中充分搅拌，接着将固液混合物进行过滤。再将滤饼进行加热处理，获得最终产品。经过本发明专利技术改性的镍钴锰酸锂，可以有效降低其pH值和杂质锂含量，改善材料的高温循环和储存性能，使其具有优异的循环性能和高温性能，可以广泛用作镍钴锰酸锂，特别是在动力型锂离子电池中的应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于无机非金属材料领域，涉及一种镍钴锰酸锂的表面改性技术。通过将高温烧结后的镍钴锰酸锂放入到改性溶剂中充分搅拌，接着将固液混合物进行过滤。再将滤饼进行加热处理，获得最终产品。经过本专利技术改性的镍钴锰酸锂，可以有效降低其pH值和杂质锂含量，改善材料的高温循环和储存性能，使其具有优异的循环性能和高温性能，可以广泛用作镍钴锰酸锂，特别是在动力型锂离子电池中的应用。【专利说明】镍钴锰酸锂的表面改性技术
本专利技术属于无机非金属材料领域，涉及一种镍钴锰酸锂的表面改性技术。
技术介绍
20世纪80年代初期，美国学者J.B.Goodenough等人首次发现了钴酸锂(LiCoO2)，镍酸锂(LiN12)和锰酸锂(LiMn2O4)可以作为脱嵌锂离子的材料，并申请了相关的专利。其中钴酸锂以优异的电化学性能和良好的电极加工性能在20世纪90年代初被日本索尼公司成功的应用于首次商业化的小型电子产品用锂离子电池中作为正极材料。镍酸锂尽管具有很高的可逆比容量(210mAh/g)，但是其较差的结构稳定性和热稳定性以及合成困难等原因，无法在实际锂离子电池中得到应用。而动力型锂离子电池的发展对正极材料提出了更高的要求，如安全性、成本和循环性能等。钴酸锂由于其高昂的成本和热稳定性差等缺点，不适合作为动力型镍钴锰酸锂。 目前最有希望在动力型锂离子电池中使用的正极材料主要有改性尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)，磷酸亚铁锂(LiFePO4)与镍钴锰三元系(Li (Ni，Co，Mn) O2)材料。磷酸亚铁锂(LiFePO4)具有原材料来源丰富，成本低，循环寿命长，结构稳定性和热稳定性高等优点，但是其电子和离子电导率很低，使得该材料高倍率充放电性能和低温性能较差。此外，该材料还存在产品稳定性和一致性不好以及振实密度低、电极加工性能差等缺点。镍钴锰三元系(Li (Ni, Co, Mn) O2)材料最初由日本学者T.0hzuku和加拿大学者J.Dahn利用氢氧化物共沉淀前驱体在高温烧结下制备的。该材料具有较高的比容量和较好的结构稳定性与热稳定性，但也存在成本较高、振实密度较低和电极加工性能差等缺点。 为了克服现有材料存在的种种缺陷以及提高其性能，体相掺杂技术在2000年以前被广泛用于正极材料的改性研究，并且取得了积极成果。比如锰酸锂和镍钴酸锂中掺杂铝元素以及磷酸铁锂中掺杂镁元素等，都对材料性能的提高有显著效果。2000年以后，随着各种学者对材料研究的深入，发现正极材料颗粒的表面性质对其物理和电化学性能特别是对循环性能和高温性能的影响很大，因此正极材料表面的包覆改性成为研究的热点领域。
技术实现思路
经过多年研究，本专利技术首次提出采用有机溶液进行正极材料表面改性处理的技术，在不引入其它非活性物质的情况下，实现材料表面性质的改善，提高其循环性能和高温性能以及和电解液的相容性。 本专利技术的目的在于提供一种改善正极材料，特别是镍钴锰酸锂表面性质，从而提高正极材料的电极加工性能、循环性能、高温储存性能以及安全性能，满足高性能锂离子电池，特别是动力型锂离子电池的使用要求的表面改性技术。 本专利技术的目的是通过如下的技术方案实现的，一种镍钴锰酸锂的表面改性技术，通过以下步骤完成: (I)将镍钴锰酸锂正极材料按照1:11的重量比加入到改性溶剂中搅拌60?10min ； (2)将固液混合物过滤至得到改性溶剂含量在10%以下的固体滤饼； (3)将滤饼在450°C条件下进行热处理0.5?lh，再在1200°C条件下进行热处理I?2h后得到所需广品。 进一步地，步骤(I)中所述改性溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或碳酸丙烯酯中的一种或两种以上的混合物。 一种利用权利要求1所述的镍钴锰酸锂的表面改性技术得到的正极材料，其特征在于:所述镍钴锰酸锂晶粒尺寸4?8微米。 经过本专利技术改性的镍钴锰酸锂，可以有效降低其pH值和杂质锂含量，改善材料的高温循环和储存性能。具体数据见下表: 镍钴锰酸锂改性锰酸锂层状富锂高锰镍钴铝酸锂 固溶体处理前后前后前后前后前后 pH 值11.8 10.8 9.5 8.5 11.5 10.5 12 11.2 游离锂含量(%) 0.05 0.015 0.01 O, 002 0.06 0.03 0.08 0.025比表面积(cm3/g) 0.7 0 3) 0.6 0.32 1.2 0.9 O 8 0.4 将采用本专利技术表面改性技术制得的镍钴锰酸锂在Hitachi S-4000电子扫描显微镜上进行颗粒大小和形貌观察。呈现完美的单晶颗粒，晶粒尺寸在4-8微米左右，颗粒大小均勻，表面光滑。 将采用本专利技术表面改性技术制得的镍钴锰酸锂的晶体结构采用RigakuB/Max-2400 X射线衍射仪(Rigaku Ltd.)进行分析，Cu Ka线为光源，衍射角2 Θ从10°到90°。显示合成材料具有标准的层状结构，无杂质相存在。 利用BET法测定使用美国麦克公司生产的Flow Sorb III测定的采用本专利技术表面改性技术制得的锂离子电池正极合成材料的比表面积为0.3m2/g。 为了测定采用本专利技术表面改性技术制得的镍钴锰酸锂的电化学性能，将上述合成的电化学活性物质、乙炔黑以及PVDF(聚偏氟乙烯)按照85:10:5的比例在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铝箔衬底上.将得到的电极片在140C下烘干后，在一定的压力下压紧，继续在140C下烘干12小时，然后将薄膜裁剪成面积为Icm2的圆形薄片作为正极。以纯锂片为负极，以为lmol/1 LiPF6EC+DMC(体积比1:1)电解液，在充满氩气的手套箱中组装成实验电池。 实验电池由受计算机控制的自动充放电仪进行充放电循环测试。充放电电流为100mA/g，充电截止电压为4.35V，放电截止电压为3.0V0从充放电曲线中可以发现，修饰后材料的原来尖晶石4.0与4.15V平台已经不能够分别，而变成一光滑的曲线。制备的材料颗粒呈现正态分布，D50为6微米。 【具体实施方式】 下面结合实施例证对本专利技术作进一步的阐明。 实施例1 一种镍钴锰酸锂的表面改性技术，通过以下步骤完成: (I)将镍钴锰酸锂正极材料按照1:11的重量比加入到改性溶剂中搅拌10min ； (2)将固液混合物过滤至得到改性溶剂含量在10%的固体滤饼； (3)将滤饼在450°C条件下进行热处理0.5h，将滤饼在1200°C条件下进行热处理1.2h后得到所需广品。 步骤(I)中所述改性溶剂为碳酸乙烯酯。得到的正极材料晶粒尺寸为4.84微米。 实施例2 一种镍钴锰酸锂的表面改性技术，通过以下步骤完成: (I)将镍钴锰酸锂正极材料按照1:11的重量比加入到改性溶剂中搅拌90min ； (2)将固液混合物过滤至得到改性溶剂含量在8%的固体滤饼； (3)将滤饼在450°C条件下进行热处理lh，将滤饼在120(TC条件下进行热处理1.5h后得到所需产品。 步骤(I)中所述改性溶剂为碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯混合物。得到的正极材料晶粒尺寸为6.23微米。 实施例3 一种镍钴锰酸锂的表面改性技术，通过以下步骤完成: (I)将镍钴锰酸锂正极材料按照1:11的重量比加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍钴锰酸锂的表面改性技术，其特征在于通过以下步骤完成：(1)将镍钴锰酸锂正极材料按照1:11的重量比加入到改性溶剂中搅拌60～100min；(2)将固液混合物过滤至得到改性溶剂含量在10％以下的固体滤饼；(3)将滤饼在450℃条件下进行热处理0.5～1h，再在1200℃条件下进行热处理1～2h后得到所需产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琦，李岩，孙慧英，
申请(专利权)人：青岛乾运高科新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37