碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池技术

本发明专利技术提供了一种碳‑金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池。该碳‑金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料包括：三元正极材料基体；复合包覆物，复合包覆物包括碳‑金属氧化物的复合物。由于复合包覆物包含了碳‑金属氧化物的复合物，综合碳包覆和金属氧化物的各自优势，比如因此利用碳包覆能够有效提高材料的电子导电率和离子扩散系数、减少团聚，同时还能够有效阻止电解液对正极材料的侵蚀，稳定材料的结构，提高了材料的电子电导率、倍率性能、循环性能，因此保证了Li+在材料表面的快速传输和电化学活性；无定形金属氧化物包覆减少电极材料与电解液的副反应，提高离子电导性，最大限度的提升了综合性能。

Carbon-metal oxide composite coated ternary cathode materials for lithium batteries, their preparation methods and lithium batteries

The invention provides a ternary cathode material for lithium batteries coated with carbon metal oxide, a preparation method and a lithium battery. The ternary cathode material of the lithium battery coated by the carbon metal oxide composite includes: a ternary cathode material substrate; a composite coating; and a composite coating includes a carbon metal oxide composite. Because the composite coating contains the compound of carbon and metal oxides, it combines the respective advantages of carbon coating and metal oxides. For example, carbon coating can effectively improve the electronic conductivity and ion diffusion coefficient of materials, reduce agglomeration, and effectively prevent electrolyte from corrosion to cathode materials, stabilize materials. The structure of the material improves the electronic conductivity, ratio performance and cycling performance of the material, thus guaranteeing the rapid transmission and electrochemical activity of Li + on the surface of the material; amorphous metal oxide coating reduces the side reactions between the electrode material and the electrolyte, improves the ionic conductivity, and maximizes the overall performance.

【技术实现步骤摘要】
碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池
本专利技术涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池。
技术介绍
近些年，锂离子电池因其高能量密度、快充特性、高安全性和低成本等特点，在电动汽车和储能领域的应用需求激增。锂离子电池发展至今，正极材料已是制约其进一步发展的关键因素。当前商用的锂电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、三元材料、尖晶石结构的锰酸锂以及橄榄石结构的磷酸铁锂。镍钴锰酸锂三元材料NCM综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三种材料的优点，由于Ni、Co和Mn之间存在明显的协同效应，NCM性能好于单一组分层状正极材料。因NCM拥有较高的比容量、能量密度和功率密度及比较稳定的性能，从而成为商业化正极的热门材料。但NCM的充放电效率较低、与电解液易发生副反应、电子电导率低、阳离子混排、压实密度不高、倍率性能不理想、高温存储和循环性不好等缺陷还需进一步改善，尤其是在高温和高电压的条件下。随着镍含量的提高，这些问题显得尤为突出。因此，对于NCM的改性十分重要。体相掺杂、表面包覆和改进合成工艺是解决上述问题的有效途径。表面包覆可以有效隔绝电解液和活性电极材料的直接接触，抑制副反应发生，形成更薄的SEI膜，降低氧原子的析出，减少过渡金属在电解液中的溶解，防止颗粒循环过程中的体积膨胀和粉化，有效提高材料的电化学性能。通过筛选合适的包覆材料，锂离子、电子导电性能、热稳定性得到显著地提高，因此得到很好的倍率和循环性能。除此之外，NCM的表面包覆还可以有效地降低高镍三元材料表面残碱含量。相关研究表明，金属氧化物Al2O3，TiO2，ZnO，ZrO2等可以有效改善NCM的电化学性能，但也会存在包覆不均匀，包覆层非多孔和不导电，影响Li+在材料表面的快速传输和电化学活性等劣势。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池，以解决现有技术中金属氧化物包覆三元正极材料影响电化学活性的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料，包括：三元正极材料基体；复合包覆物，复合包覆物包括碳-金属氧化物的复合物。进一步地，上述复合包覆物相对于三元正极材料基体的质量比例为0.06～8％，金属氧化物相对于三元正极材料基体的质量比例为0.05～5％。进一步地，上述金属氧化物中的金属为还原电势小于-0.27V的金属，优选金属选自镁、铝、锆、钛、锌、钡、锶、钒、钕、镉和钇中的任意一种或多种，优选三元正极材料基体具有以下结构通式LiNi1-x-yCoxMyO2，其中1-x-y≥0.3，M为Mn和/或Al。根据本专利技术的另一方面，提供了一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料的制备方法，该制备方法包括：将MOFs与三元正极材料基体混合，形成混合物；在氮气气氛或惰性气氛下，将混合物在300～800℃下进行烧结，得到碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料。进一步地，上述MOFs与三元正极材料基体按照金属氧化物相对于三元正极材料基体的质量比例为0.05～5％混合。进一步地，上述金属氧化物中的金属为还原电势小于-0.27V的金属，优选金属选自镁、铝、锆、钛、锌、钡、锶、钒、钕、镉和钇中的任意一种或多种，优选三元正极材料基体具有以下结构通式LiNi1-x-yCoxMyO2，其中1-x-y≥0.3，M为Mn和/或Al。进一步地，上述形成混合物的过程包括利用球磨机对MOFs与三元正极材料进行球磨，优选形成混合物的过程包括：将MOFs、三元正极材料基体和磨球置于球磨罐中形成待磨物；以及在400～700rpm的转速下对待磨物进行球磨2～6h，得到混合物。进一步地，上述形成混合物的过程包括：将MOFs与三元正极材料基体置于溶剂中，形成混合液；对混合液进行搅拌和加热至溶剂挥发完全，得到初混物；对初混物进行干燥，得到混合物，其中，优选形成混合液的过程包括：将MOFs分散于溶剂中形成第一分散液；再将三元正极材料基体分散于第一分散液中，得到混合液；优选溶剂为去离子水、酒精或四氢呋喃中的任意一种或多种，更优选溶剂与三元正极材料基体的质量比为1～3:1。进一步地，上述MOFs中的配体为含氮杂环类配体、有机羧酸类配体或含氮氧杂环配体。根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂电池，包括正极材料，正极材料为上述任一种的碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料。应用本专利技术的技术方案，由于复合包覆物包含了碳-金属氧化物的复合物，综合碳包覆和金属氧化物的各自优势，比如由于碳拥有多孔特性，因此利用其包覆能够有效提高材料的电子导电率和离子扩散系数、减少团聚，同时还能够有效阻止电解液对正极材料的侵蚀，稳定材料的结构，提高了材料的电子电导率、倍率性能、循环性能，因此保证了Li+在材料表面的快速传输和电化学活性；无定形金属氧化物包覆减少电极材料与电解液的副反应，提高离子电导性，最大限度的提升了三元正极材料的综合性能。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术的实施例1和对比例2制备的材料的XRD测试图谱；以及图2示出了根据本专利技术的实施例1、对比例1和对比例2制备的材料在1C/1C的100次充放电的循环曲线。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如本申请
技术介绍
所分析的，现有技术金属氧化物包覆三元正极材料虽然可以有效改善三元正极材料的电化学性能，但也会存在包覆不均匀，包覆层非多孔和不导电，影响Li+在材料表面的快速传输和电化学活性等劣势。为了解决该问题，本申请对多孔材料进行研究，发现金属有机框架材料MOFs是由含氧或氮原子的有机配位体与过渡金属或稀土金属通过自组装链接而形成的一类新型配位聚合物多孔材料，基于高比表面积、结构可控以及富含有机物质等优点，将MOFs应用于三元正极材料的包覆成为改善金属氧化物包覆的一个重要途径。但是，在试验中发现，以MOFs为原料对三元正极材料进行包覆时，以传统方法制作最终的包覆材料仍然为金属氧化物，导致MOFs的结构和组成特点不能充分发挥，而无法解决现有技术的金属氧化物包覆的问题。本申请对此进行了进一步研究，并对工艺进行改进，且提供了一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料、其制备方法及锂电池。在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料，包括三元正极材料基体和复合包覆物，复合包覆物包括碳-金属氧化物的复合物。由于本申请的复合包覆物包含了碳-金属氧化物的复合物，综合碳包覆和金属氧化物的各自优势，比如由于碳拥有多孔特性，因此利用其包覆能够有效提高材料的电子导电率和离子扩散系数、减少团聚，同时还能够有效阻止电解液对正极材料的侵蚀，稳定材料的结构，提高了材料的电子电导率、倍率性能、循环性能，因此保证了Li+在材料表面的快速传输和电化学活性；无定形金属氧化物包覆减少电极材料与电解液的副反应，提高离子电导性，最大限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳‑金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料，其特征在于，包括：三元正极材料基体；复合包覆物，所述复合包覆物包括碳‑金属氧化物的复合物。

【技术特征摘要】
1.一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料，其特征在于，包括：三元正极材料基体；复合包覆物，所述复合包覆物包括碳-金属氧化物的复合物。2.根据权利要求1所述的碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料，其特征在于，所述复合包覆物相对于所述三元正极材料基体的质量比例为0.06～8％，所述金属氧化物相对于所述三元正极材料基体的质量比例为0.05～5％。3.根据权利要求1所述的碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料，其特征在于，所述金属氧化物中的金属为还原电势小于-0.27V的金属，优选所述金属选自镁、铝、锆、钛、锌、钡、锶、钒、钕、镉和钇中的任意一种或多种，优选所述三元正极材料基体具有以下结构通式LiNi1-x-yCoxMyO2，其中1-x-y≥0.3，M为Mn和/或Al。4.一种碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将MOFs与三元正极材料基体混合，形成混合物；在氮气气氛或惰性气氛下，将所述混合物在300～800℃下进行烧结，得到碳-金属氧化物复合包覆的锂电池三元正极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述MOFs与所述三元正极材料基体按照金属氧化物相对于所述三元正极材料基体的质量比例为0.05～5％混合。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物中的金属为还原电势小于-0.27V的金属，优选所述金属选...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，苗力孝，陈橙，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54