一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，它通过在镍钴锰酸锂正极材料表面包覆纳米碳化硅制得，所述镍钴锰酸锂正极材料和所述纳米碳化硅的质量比为1：0.002~0.02；所述镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为LiaNixCoyMnzO2，式中0.9≤a≤1.2且x+y+z=1；所述纳米碳化硅的粒径为10~500nm。通过在镍钴锰酸锂正极材料表面包覆纳米碳化硅制得，这样增加了正极材料的导电性，有效地降低了材料在充放电过程中表面极化作用，从而提高材料的倍率性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源器件电极材料领域，涉及一种正极材料，具体涉及一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
镍钴锰酸锂三元正极材料自1999年第一次报道以来得到了广泛的研究，三元正极材料通过Ni-Co-Mn的协同效应，结合了钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂三种材料的优点：具有镍酸锂的高容量特征，锰酸锂的高安全性能及低成本，钴酸锂的良好循环性能，已成为近年来最具有发展前景的锂离子电池正极材料之一。目前国家大力发展新能源汽车，三元材料作为一种高容量、高能量密度的锂离子电池正极材料，在成为动力电池正极材料方面具有较大的优势。像天津力神等企业正在批量使用，然而，三元正极材料在循环性能和倍率性能方面还有待进一步提升。三元正极材料性能改进的方式主要为掺杂和包覆，掺杂主要从材料的内部，对其结构进行改进，而包覆则是从材料的表面进行改性，通过增加材料的导电性，降低极化作用；或者形成一层保护层，让正极材料与电解液隔离，免于电解液的腐蚀，以期达到保护材料，提升电化学性能的目的。目前尚未发现用纳米碳化硅修饰锂离子电池三元正极材料的文献和专利。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，它通过在镍钴锰酸锂正极材料表面包覆纳米碳化硅制得，所述镍钴锰酸锂正极材料和所述纳米碳化硅的质量比为1：0.002～0.02；所述镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为LiaNixCoyMnzO2，式中0.9≤a≤1.2且x+y+z＝1；所述纳米碳化硅的粒径为10～500nm。优化地，所述镍钴锰酸锂正极材料和所述纳米碳化硅的质量比为1：0.002～0.01。进一步地，所述镍钴锰酸锂正极材料和所述纳米碳化硅的质量比为1：0.004。本专利技术的又一目的在于提供一种上述纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)将镍钴锰盐与锂盐按比例混合，随后置于空气气氛中在850～940℃下烧结10～20小时，自然冷却至80℃以下，破碎过筛得所述镍钴锰酸锂正极材料；(b)将所述镍钴锰酸锂正极材料与纳米碳化硅按比例进行球磨混合，随后置于匣钵中，在750～850℃下烧结5～10小时，自然冷却后取出过筛即可。优化地，步骤(a)中，所述镍钴锰盐为(NixCoyMnz)OH2，所述锂盐为碳酸锂或氢氧化锂。优化地，步骤(a)中，所述镍钴锰盐的形貌呈球形或类球形。优化地，步骤(b)中，所述球磨的速度为50～200转/分钟，球磨时间为0.5～4小时。优化地，步骤(b)中，所述球磨采用材质为玛瑙、氧化铝或氧化锆的研磨球，采用内衬为聚氨酯或聚四氟乙烯材质的球磨罐。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，通过在镍钴锰酸锂正极材料表面包覆一定量的纳米碳化硅制得，这样增加了正极材料的导电性，有效地降低了材料在充放电过程中表面极化作用，从而提高材料的倍率性能和循环性能；而且包覆方法实现了纳米碳化硅与镍钴锰酸锂正极材料间的充分接触和部分融合，形成了稳定的表面结构，且操作简单，成本低廉，在实际生产中容易实行。附图说明附图1为对比例1制得镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图2为实施例1制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图3为实施例2制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图4为实施例3制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图5为实施例4制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图6为实施例5制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图7为实施例6制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图8为实施例7制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图9为实施例8制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图10为实施例9制得纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的扫描电镜图；附图11为实施例1-9与对比例1在2.75～4.25V、1C充放电下循环数据图；附图12为实施例1-9与对比例1在不同倍率条件下的放电数据图。具体实施方式本专利技术纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，它通过在镍钴锰酸锂正极材料表面包覆纳米碳化硅制得，镍钴锰酸锂正极材料和纳米碳化硅的质量比为1：0.002～0.01；镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为LiaNixCoyMnzO2，式中0.9≤a≤1.2且x+y+z＝1；所述纳米碳化硅的粒径为10～500nm；这样增加了正极材料的导电性，有效地降低了材料在充放电过程中表面极化作用，从而提高材料的倍率性能和循环性能。所述镍钴锰酸锂正极材料和所述纳米碳化硅的质量比优选为1：0.002～0.01，最优为1：0.004。上述纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)将镍钴锰盐与锂盐按比例混合，随后置于空气气氛中在850～940℃下烧结10～20小时，自然冷却至80℃以下，破碎过筛得所述镍钴锰酸锂正极材料；(b)将所述镍钴锰酸锂正极材料与纳米碳化硅按比例进行球磨混合，随后置于匣钵中，在750～850℃下烧结5～10小时，自然冷却后取出过筛即可。该方法实现了纳米碳化硅与镍钴锰酸锂正极材料间的充分接触和部分融合，形成了稳定的表面结构，且操作简单，成本低廉，在实际生产中容易实行。所述镍钴锰盐为(NixCoyMnz)OH2，所述锂盐为碳酸锂或氢氧化锂。步骤(a)中，所述镍钴锰盐的形貌优选呈球形或类球形。步骤(b)中，所述球磨的速度优选为50～200转/分钟，球磨时间优选为0.5～4小时。步骤(b)中，所述球磨采用材质优选为玛瑙、氧化铝或氧化锆的研磨球，采用内衬优选为聚氨酯或聚四氟乙烯材质的球磨罐。下面将结合附图实施例对本专利技术进行进一步说明。实施例1本实施例提供一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，它的制备方法包括以下步骤：(a)将粒度为9～11μm前驱体(Ni0.5Co0.2Mn0.3)OH2与平均粒度为5-8μm的电池级碳酸锂按照Li:Ni0.5Co0.2Mn0.3＝1.04:1的摩尔比采用干法混合方式进行均匀混合；随后装入匣钵压实，在空气气氛中、910℃的条件下恒温烧结12h，完成后自然冷却至80℃以下，粗破、细破、过筛得镍钴锰酸锂正极材料；(b)将上述的镍钴锰酸锂正极材料与纳米碳化硅(一次粒子粒径为10～100nm)按质量比1000:4，放入内衬为聚四氟乙烯的球磨罐中(采用氧化锆球按球料质量比1：2)，在转速为200转/分钟条件下进行干法球磨混合包覆1.5小时，将混合的粉末装入匣钵抹平，在空气气氛中850℃下烧结8h，完成后自然冷却，取出粉末过筛，即得到纳米碳化硅包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2样品SY523C-1，如图2所示。实施例2本实施例提供一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，它的制备方法与实施例1中的基本一致，不同的是：采用了不同的纳米碳化硅，其一次粒子粒径为100-400nm，样品编号为SY523C-2，如图3所示。实施例3本实施例提供一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，它的制备方法与实施例1中的基本一致，不同的是：烧结制备得到的镍钴锰酸锂为LiNi0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，它通过在镍钴锰酸锂正极材料表面包覆纳米碳化硅制得，其特征在于：所述镍钴锰酸锂正极材料和所述纳米碳化硅的质量比为1：0.002~0.02；所述镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为LiaNixCoyMnzO2，式中0.9≤a≤1.2且x+y+z=1；所述纳米碳化硅的粒径为10~500nm。

【技术特征摘要】
1.一种纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，它通过在镍钴锰酸锂正极材料表面包覆纳米碳化硅制得，其特征在于：所述镍钴锰酸锂正极材料和所述纳米碳化硅的质量比为1：0.002~0.02；所述镍钴锰酸锂正极材料的化学通式为LiaNixCoyMnzO2，式中0.9≤a≤1.2且x+y+z=1；所述纳米碳化硅的粒径为10~500nm。2.根据权利要求1所述的纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于：所述镍钴锰酸锂正极材料和所述纳米碳化硅的质量比为1：0.002~0.01。3.权利要求1至2中任一所述纳米碳化硅包覆镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：（a）将镍钴锰盐与锂盐按比例混合，随后置于空气气氛中在850~940℃下烧结10~20小时，自然冷却至80℃以下，破碎过筛得所述镍钴锰酸锂正极材料；（b）将所述镍钴锰酸锂正极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧启扩，徐利军，程世扬，
申请(专利权)人：江苏翔鹰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32