一种改性正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种改性正极材料及其制备方法，包括正极材料；所述正极材料的表面包覆有两层或两层以上金属氧化物层；所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。与现有技术相比，本发明专利技术在正极材料的表面形成多层金属氧化保护层，可有效降低电解液与正极材料的反应，减缓金属粒子在电解液中的溶解，并且提供三维的锂离子扩散通道，从而提高了改性正极材料的电化学性能，表现出优异的循环性能和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种改性正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池因为其高电压、高比容量以及优异的循环性能广泛应用于混合动力汽车。与商业化的LiCoO2相比，层状三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2因为Ni、Co、Mn的协同效应，具有高比容量，安全性好，成本低以及良好的循环性能等优点。但是，在高温和高电压下，三元材料循环性和热稳定性差，限制其广泛应用。原因一是在脱锂状态，不稳定的Ni4+容易还原成Ni3+，引起材料发生相变；原因二是材料与电解液发生反应，使热稳定性变差。目前，人们主要利用表面包覆减小材料与电解液的反应，来提高三元材料的电化学性能。目前对正极材料的改性主要是对其进行包覆，包覆的材料主要是金属氧化物，金属磷酸盐，金属氟化物等，包括TiO2(J.AlloysCompd.,2012,543,181–188)、Li2ZrO3(J.Phys.Chem.C,2015,119,20350–20356)、FePO4(J.AlloysCompd.,2012,541,125–131)、AlF3(J.PowerSources,2008,179,347–350)等。包覆的作用，一方面是阻止材料与电解液直接接触，减小表面阻抗；另一方面是减小电解液与材料的反应。但其电化学性能仍需提高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种改性正极材料及其制备方法，该改性正极材料具有较好的电化学性能。本专利技术提供了一种改性正极材料，包括正极材料；所述正极材料的表面包覆有二层或二层以上金属氧化物层；所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。优选的，所述正极材料为LiNixCoyMn1-x-yO2；所述正极材料的粒径为5～60μm。优选的，所述金属氧化物层的厚度为1～10nm。优选的，所述正极材料的表面包覆有2～4层金属氧化物层。本专利技术还提供了一种改性正极材料的制备方法，包括：A)将金属氧化物的前驱体与正极材料在溶剂中混合，高温烧结，得到单层包覆改性正极材料；重复步骤A)，得到两层或两层以上包覆改性正极材料；所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。优选的，所述金属氧化物的前驱体为碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂、纳米三氧化二铝、纳米二氧化钛、硝酸铝、硝酸镧、硝酸锆与钛酸四丁酯中一种或多种。优选的，所述溶剂为水、乙醇或丙酮。优选的，所述高温烧结的升温速率为1～8℃/min；高温烧结的温度为500℃～700℃；高温烧结的时间为3～10h。优选的，所述金属氧化物的前驱体的质量为正极材料质量的0.2％～8％。本专利技术还提供了一种电池，包括改性正极材料。本专利技术提供了一种改性正极材料及其制备方法，包括正极材料；所述正极材料的表面包覆有两层或两层以上金属氧化物层；所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术在正极材料的表面形成多层金属氧化保护层，可有效降低电解液与正极材料的反应，减缓金属粒子在电解液中的溶解，并且提供三维的锂离子扩散通道，从而提高了改性正极材料的电化学性能，表现出优异的循环性能和倍率性能。实验结果表明，本专利技术制备的改性正极材料组装的扣式电池0.5C循环100次放电比容量可达151.4mAh/g；0.5C循环100次容量保持率可达92.6％。附图说明图1为本专利技术实施例1～5及比较例1中得到的改性正极材料的X射线衍射图谱；图2为本专利技术实施例6～11中得到的改性正极材料的X射线衍射图谱；图3为本专利技术实施例1中得到的改性正极材料的扫描电镜照片；图4为本专利技术实施例2中得到的改性正极材料的扫描电镜照片；图5为本专利技术比较例1中得到的改性正极材料的扫描电镜照片；图6为本专利技术比较例1、2与实施例3中得到的改性正极材料的循环曲线图；图7为本专利技术实施例2、3、4、6、8与比较例1中得到的改性正极材料的循环曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种改性正极材料，包括正极材料；所述正极材料的表面包覆有两层或两层以上金属氧化物层；所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。其中，所述正极材料为本领域技术人员熟知的正极材料即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为LiNixCoyMn1-x-yO2；所述x优选为0.2～0.8，更优选为0.3～0.8，再优选为0.3、0.5或0.8；在本专利技术中所述正极材料最优选为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)；所述正极材料的粒径优选为5～60μm，更优选为10～60μm，再优选为10～50μm，最优选为10～40μm。所述正极材料的表面包覆有二层或二层以上金属氧化物层，优选为2～4层金属氧化物层，再优选为2～3层金属氧化物层；在本专利技术提供的一些实施例中，所述金属氧化物层的层数优选为2层；在本专利技术提供的另一些实施例中，所述金属氧化物层的层数优选为3层。所述金属氧化物层的厚度优选为1～10nm，更优选为2～8nm。所述金属氧化物层由金属氧化物形成，所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种，优选为金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物或金属钛氧化物，在本专利技术提供的一些实施例中，所述金属氧化物优选为金属铝氧化物；在本专利技术提供的一些实施例中，所述金属氧化物优选为金属锆氧化物；在本专利技术提供的一些实施例中，所述金属氧化物优选为金属锂氧化物与金属钛氧化物；在本专利技术提供的一些实施例中，所述金属氧化物优选为金属铝氧化物与金属锆氧化物；在本专利技术提供的一些实施例中，所述金属氧化物优选为金属铝氧化物与金属锂氧化物；在本专利技术提供的一些实施例中，所述金属氧化物优选为金属钛氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性正极材料，其特征在于，包括正极材料；所述正极材料的表面包覆有二层或二层以上金属氧化物层；所述金属氧化物层由金属氧化物形成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种改性正极材料，其特征在于，包括正极材料；所述正极材料的表
面包覆有二层或二层以上金属氧化物层；所述金属氧化物层由金属氧化物形
成；所述金属氧化物为金属锂氧化物、金属铝氧化物、金属镧氧化物、金属
锆氧化物与金属钛氧化物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的改性正极材料，其特征在于，所述正极材料为
LiNixCoyMn1-x-yO2；所述正极材料的粒径为5～60μm。
3.根据权利要求1所述的改性正极材料，其特征在于，所述金属氧化物
层的厚度为1～10nm。
4.根据权利要求1所述的改性正极材料，其特征在于，所述正极材料的
表面包覆有2～4层金属氧化物层。
5.一种改性正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
A)将金属氧化物的前驱体与正极材料在溶剂中混合，高温烧结，得到单
层包覆改性正极材料；
重复步骤A)，得到两层或两层以上包覆改性正极材料；
所述金属氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春华，杨雪琴，唐仲丰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34