一种复合正极材料、制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种复合正极材料，包括：基础正极材料和包覆在该基础正极材料表面的铝酸镁材料MgAl2O4。优选地，所述基础正极材料为镍钴锰三元正极材料LiNixCoyMnzO2或镍钴铝三元正极材料LiNixCoyAlzO2，其中x+y+z＝1,0

【技术实现步骤摘要】
一种复合正极材料、制备方法及锂离子电池
本专利技术涉及一种电池材料
，尤其是一种复合正极材料、其制备方法及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、对坏境无污染等特点，已经被广泛应用于便携式电子设备和动力汽车上。然而在实际生产和应用中，由于环境的复杂性，锂离子电池的容量和安全性足以成为制约锂离子电池发展的关键因素。目前商业锂离子电池最广泛使用的正极材料是钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、层状镍钴锰三元正极材料NCM等，钴酸锂是最早实现工业化生产的，但是由于钴资源的价格昂贵，导致材料成本高，且对环境有一定的影响。锰酸锂材料虽然价格低廉，但是其容易发生Jahn-Teller效应，容量低，循环稳定性差。磷酸铁锂的安全性能好，但是其理论容量低，无法满足高能量密度的要求。镍钴锰三元正极材料NCM(LiNixCoyMnzO2其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1)充分利用了Ni、Co、Mn三种材料的协同作用，综合了LiNiO2、LiCoO2、LiMnO2三种锂离子电池正极材料的优点，其性能优于单一组分正极材料，被认为是最有发展前景的锂离子电池正极材料。另一种三元正极材料NCA(LiNixCoyAlzO2其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1)具有与前述三元正极材料NCM类似的特性。三元正极材料存在的主要缺陷是高温条件下热稳定性差，具体表现在高温下，正极材料易与电解液发生副反应，导致材料中的氧、金属离子等溶出，结构发生根本性破坏，正极材料热稳定性差，而电池则表现在容量保持率疾速下降。而正极材料的热稳定性是决定电池发生热失控、爆炸的关键因素。当电池内部温度超过200℃时，不仅电池容量保持率快速下降，而且正极材料会与电解液发生剧烈反应并伴随释放热量与产气，甚至发生着火爆炸，存在严重的安全隐患。因此提高三元正极材料的热稳定性，可以极大地改善锂离子电池在高温下的循环稳定性和安全性能。目前，提高正极材料热稳定性的方法主要是在匀浆的过程中将PTC材料与正极材料、导电剂、粘结剂等混合在一起，这种方法会导致PTC在正极材料表面分布不均，从而引起电池阻值过大、电池局部过热、电池热失控，产生安全隐患。因此，开发出高热稳定性的三元正极材料对锂离子电池性能的改善有极其重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复合正极材料，是在现有正极材料的基础上采用具有高热稳定性、高化学稳定性以及高耐腐蚀特性的铝酸镁MgAl2O4材料对基础正极材料进行改性，从而改善正极材料的热稳定性，以提高包含该正极材料的电池在高温下的循环稳定性和安全性能。本专利技术还涉及该复合正极材料的制备方法和锂离子电池。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案包括：一种复合正极材料，包括：基础正极材料和包覆在该基础正极材料表面的铝酸镁材料MgAl2O4。根据本专利技术一个较佳实施例，所述基础正极材料为镍钴锰三元正极材料LiNixCoyMnzO2或镍钴铝三元正极材料LiNixCoyAlzO2，其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1。根据本专利技术一个较佳实施例，按质量比计，所述基础正极材料与所述铝酸镁材料MgAl2O4的质量比为80～100：0.5～5。根据本专利技术一个较佳实施例，所述基础正极材料为镍钴锰三元正极材料LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1；且所述镍钴锰三元正极材料与包覆在其表面的铝酸镁材料MgAl2O4二者经高温处理形成Li-Al-Co-O的共熔体。本专利技术的技术方案还包括一种复合正极材料的制备方法，其包括：S1:将基础正极材料投入到由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液中，并处理成凝胶；其中所述由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液中Mg2+和Al3+摩尔比为1：2；或者：将基础正极材料前驱体或前驱体的氧化物与锂源混合后，一同投入到由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液中，并处理成凝胶；其中所述由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液中Mg2+和Al3+摩尔比为1：2；S2:在有氧气氛下煅烧所述凝胶，制备得所述复合正极材料。根据本专利技术的制备方法的一个实施例，所述步骤S1中，所述由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液按照如下方法制得：将可溶性镁盐、可溶性铝盐按摩尔比1：2配制溶液，向该溶液中加入络合剂，制备得到溶胶。具体地，所述由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液按照如下方法制得：将可溶性镁盐、可溶性铝盐按摩尔比1：2配制溶液，向该溶液中加入络合剂，制备得到溶胶。络合剂可选用柠檬酸，再将柠檬酸加入到可溶性镁盐、可溶性铝盐按摩尔比1：2配制的水溶液中后，再加温至70～100℃，处理得到溶胶。其中，柠檬酸还可以替换为明胶、卡拉胶、黄原胶、海藻酸钠、魔芋粉、琼脂等，但优选为柠檬酸，一方面可用于pH调节，一方面还用作络合剂。根据本专利技术的制备方法的一个实施例，所述步骤S1中，所述处理成凝胶的过程为：加热该溶胶液，去除溶胶液中的溶剂，即得到凝胶，所述凝胶作为步骤S2的待煅烧物。在这个过程中，固体投入料(基础正极材料，或经混锂的基础正极材料前驱体或前驱体的氧化物)在溶胶液中成为悬浮颗粒物，并被溶胶包裹，经加热去除部分溶剂后，溶胶发生胶凝作用，转变成凝胶并包裹在固体投入料的表面。其中凝胶中Mg2+与Al3+摩尔比为1:2。其中，所述基础正极材料、基础正极材料前驱体，或所述基础正极材料前驱体的氧化物较佳为均匀的粉末状。根据本专利技术的制备方法的一个实施例，其中，所述基础正极材料为镍钴锰三元正极材料LiNixCoyMnzO2或镍钴铝三元正极材料LiNixCoyAlzO2；其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1所述基础正极材料前驱体为镍钴锰三元正极材料的氢氧化物前驱体NixCoyMnz(OH)2或碳酸盐前驱体NixCoyMnzCO3；所述基础正极材料前驱体为镍钴铝三元正极材料的氢氧化物前驱体NixCoyAlz(OH)2或碳酸盐前驱体NixCoyAlzCO3；其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1；所述基础正极材料前驱体的氧化物为NixCoyMnzO或NixCoyAlzO，其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1。根据本专利技术的制备方法的一个实施例，所述三元正极材料前驱体为镍钴锰三元正极材料前驱体或镍钴铝三元正极材料前驱体，其制备方法为：称取一定量的可溶性Ni、Co、Mn盐(如制备镍钴铝三元前驱体，则Mn盐换成Al盐)，加入到醇液中，然后向其中滴加一定量的碳酸氢铵溶液至溶液弱碱性环境，然后置于反应釜中150～180℃溶剂热反应5～20h，然后经过过滤、洗涤、干燥得到三元正极材料前驱体。优选地，可溶性Ni盐是硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的任意一种；优选地，可溶性Co盐是硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的任意一种；优选地，可溶性Mn盐是硝酸锰、硫酸锰、氯化锰中的任意一种(Al盐为氯化铝、硝酸铝或硫酸铝)。优选地，醇为异丙醇、丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、戊醇、己醇等低碳醇。优选地，碳酸氢铵可替换为氨水、碳酸钠、碳酸氢钾等的任意一种碱。优选地，碱性环境是指pH＝10～12。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合正极材料，其特征在于，包括：基础正极材料和包覆在该基础正极材料表面的铝酸镁材料MgAl2O4。

【技术特征摘要】
1.一种复合正极材料，其特征在于，包括：基础正极材料和包覆在该基础正极材料表面的铝酸镁材料MgAl2O4。2.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，所述基础正极材料为镍钴锰三元正极材料LiNixCoyMnzO2或镍钴铝三元正极材料LiNixCoyAlzO2，其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1。3.根据权利要求1所述的复合正极材料，其特征在于，按质量比计，所述基础正极材料与所述铝酸镁材料MgAl2O4的质量比为80～100：0.5～5。4.根据权利要求3所述的复合正极材料，其特征在于，所述基础正极材料为镍钴锰三元正极材料LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z＝1,0<x,y,z<1；且所述镍钴锰三元正极材料与包覆在其表面的铝酸镁材料MgAl2O4二者经高温处理形成Li-Al-Co-O的共融体。5.一种复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括：S1:将基础正极材料投入到由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液中，并处理成凝胶；其中所述Mg2+和Al3+摩尔比为1：2；或者：将基础正极材料前驱体或前驱体的氧化物与锂源混合后，一同投入到由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液中，并处理成凝胶；其中所述Mg2+和Al3+摩尔比为1：2；S2:在有氧气氛下煅烧所述凝胶，制备得所述复合正极材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述由Mg2+和Al3+形成的络合物溶胶液按照如下方法制得：将可溶性镁盐、可溶性铝盐按Mg2+...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳岩，娄忠良，
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