一种碳包覆的高镍三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳包覆的高镍三元正极材料及其制备方法，属于锂电池正极材料技术领域。它解决了现有正极材料循环稳定性和倍率性能不高等问题，一种碳包覆的高镍三元正极材料，包括高镍三元正极材料和包覆层，所述的包覆层由碳构成，所述的高镍三元正极材料中的镍、钴、锰元素的摩尔比为0.7:0.2:0.25。

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆的高镍三元正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂电池正极材料的
，涉及一种碳包覆的高镍三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
目前，已经大规模商业化生产的正极材料种类有限，如磷酸铁锂、三元、钴酸锂等。在这其中，三元锂电池由于具有更高的能量密度，相对较低的生产成本而受到企业的重视。但是多年来，由于三元正极材料设计思路简单，所以材料种类很有限，现在流行的大规模商业化应用的材料有523、622和811，由于523、622三元正极材料的可逆容量仍然不能满足电动汽车动力电池日益增长的容量要求。811由于镍含量很高，材料的碱性强，易吸水，更容易使正极粘结剂PVDF发生团聚，进而影响加工性能，甚至不能生产。因此，三元材料的发展遇到了瓶颈。一些功能化的包覆材料可以进一步提升材料的循环性能和倍率性能。碳包覆是是提高材料导电性的重要手段，较低的成本，环境友好等优点使得碳包覆逐渐成为正极材料改性的重要策略。例如磷酸铁锂的各种碳包覆手段，目前在市场上已经得到广泛的应用。普通方法的碳包覆对于性能的提升和改善也是十分有限。原因在于普通的碳包覆手段在碳化的过程中，普通碳源会形成具有还原性的CO或者H2等还原性气体，很大概率程度上会对三元正极材料有一定的影响。使得其各种金属的价态产生变化，使得晶格结构衰退。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种碳包覆的高镍三元正极材料，本专利技术的第二个目的是提供一种碳包覆的高镍三元正极材料的制备方法。本专利技术的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种碳包覆的高镍三元正极材料，其特征在于，包括高镍三元正极材料和包覆层，所述的包覆层由碳构成，所述的高镍三元正极材料中的镍、钴、锰元素的摩尔比为0.7:0.2:0.25。本专利技术的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种碳包覆的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比0.7:0.2:0.25的比例溶解于去除O2的去离子水中；(2)将步骤(1)中的金属盐溶液和氢氧化钠溶液按照流量1:1.15的比例输送到反应釜中，同时通入氨水；控制整个反应体系的pH为11.5，控制反应釜的搅拌速率为580r/min，反应浆料的温度为65℃；(3)将步骤(2)中反应后的浆料过滤，洗涤，120℃干燥，得到高镍三元前驱体；(4)将步骤(3)中的前驱体与碳酸锂摩尔1:0.53的比例在混料机中混合均匀；(5)将步骤(4)中混匀后的物料放入匣钵中推入窑炉，反应温度785℃，反应时间18个小时，整个过程中通入O2，反应结束即得目标产物；(6)将步骤(5)中得到的目标产物与二氧化硅的前驱体加入到溶剂中，搅拌均匀后，加热至20℃～80℃反应2～7h，然后蒸干溶剂，最后在200℃～700℃煅烧2～8h，得到所述二氧化硅包覆的高镍三元正极材料；(7)将步骤(6)中得到二氧化硅包覆的高镍三元正极材料与碳源，以质量比1％-10％混合分散到溶剂中，搅拌反应，得到悬浊液，将悬浊液洗涤过滤形成滤饼，干燥后在空气或氮气或者氩气中100℃-1000℃煅烧1h-20h，得到二氧化硅和碳双包覆的高镍三元正极材料；(8)将所述步骤(7)中的二氧化硅和碳双包覆的高镍三元正极材料浸泡在碱性溶液中，得到碳包覆的高镍三元正极材料。优选地，所述步骤(6)中的前驱体为二氧化硅颗粒、四氯化硅、正硅酸乙酯、二苯基二溴(甲)硅烷中的一种或多种。优选地，所述步骤(6)中溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇中的一种或多种。优选地，所述步骤(6)中二氧化硅包覆的高镍三元正极材料中二氧化硅的质量百分含量在0.5％～2wt％。优选地，所述步骤(7)中的碳源包括有机高分子材料、糖类物质，多巴胺。优选地，所述步骤(7)的溶剂为水、乙醇、乙二醇、二氯甲烷、甲醇、异丙醇中的一种或多种。优选地，所述步骤(8)中的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种或多种。优选地，所述步骤(8)中的碱性溶液的浓度为0.1mol/L-2mol/L。本专利技术的有益效果：1.传统的三元正极材料是以镍、钴、锰的摩尔比例加和为1的思想来设计的，而本高镍正极材料则以三元材料中锂(+1价)、镍(+2价)、钴(+3价)、锰(+4价)各元素摩尔配比满足物质电中性的原理制备出一种新型的高镍三元正极材料LiNi0.7Co0.2Mn0.25O2，由于材料中镍的含量较高，所以提高了材料的可逆容量，同时本材料因为满足物质电中性的原理，所以在充放电的过程中结构要比传统正极材料稳定，循环性能更优。2.本专利技术实施例制备碳包覆高镍三元正极材料的方法，采用二氧化硅作为中间的保护层，防止碳源在高温碳化过程中释放还原性气体还原主体材料，形成的碳包覆层可以更加明显的显示出导电碳优良的导电性，提高电池的大电流充放电能力，从而提高倍率性能。3.碳包覆高镍三元正极材料具有很好的材料循环稳定性和材料的倍率性能。4.本专利技术实施例的方法制备流程简单，成本低廉，适用于工业化生产。附图说明图1为未包覆的高镍三元正极材料扫描电镜图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本专利技术的性能，而不能仅局限于下面的实施例。实施例1高镍三元正极材料的制备将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比0.7:0.2:0.25的比例溶解于去除O2的去离子水中；将金属盐溶液和氢氧化钠溶液按照流量1:1.15的比例输送到反应釜中，同时通入氨水；控制整个反应体系的pH为11.5，控制反应釜的搅拌速率为580r/min，反应浆料的温度为65℃。；反应后的浆料过滤，洗涤，120℃干燥，得到高镍三元前驱体；将高镍三元前驱体与碳酸锂摩尔1:0.53的比例在混料机中混合均匀；混匀后的物料放入匣钵中推入窑炉，反应温度785℃，反应时间18个小时，整个过程中通入O2，反应结束即得目标产物。实施例2碳包覆的高镍三元正极材料的制备之一1.将制备好的高镍三元正极材料和正硅酸乙酯(折算成二氧化硅)按质量比1:0.01混合在乙醇相中，60℃搅拌3h，在按照化学计量比滴加一定量的去离子水，800r/min反应3h后升温至100℃发完所有溶剂，刮下粉末并置于500℃的空气中烧结5h，然后进行冷却，从中得到二氧化硅包覆的高镍三元正极材料。2.将二氧化硅包覆的高镍三元正极材料加入到5％的葡萄糖水溶液中加热搅拌，蒸发至干，然后放入管式炉中800℃在氮气的气氛下烧结3h，二氧化硅和碳的双包覆的高镍三元正极材料。3.将二氧化硅和碳的双包覆的高镍三元正极材料放入0.5mol/L的NaOH溶液中浸泡1h刻蚀掉，得到单纯的碳包覆材料，然后过滤烘干，完成碳包覆的正极材料的制备。实施例3碳包覆的高镍三元正极材料的制备之二1.将制备好的高镍三元正极材料和四氯化硅(折算成二氧化硅)按质量比1:0.005混合在乙醇相中，20℃搅，7h，在按照化学计量比滴加一定量的去离子水，800r/min反应3h后升温至100℃发完所有溶剂，刮下粉末并置，200℃的空气中烧结8h,然后进行冷却，从中得到二氧化硅包覆的高镍三元正极材料。2.将二氧化硅包覆的高镍三元正极材料加入到1％的葡萄糖水溶液中加热搅拌，蒸发至干，然后放入管式炉中100℃在氮气的气氛下烧结20h，二氧化硅和碳的双包覆的高镍三元正极材料。3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆的高镍三元正极材料，其特征在于，包括高镍三元正极材料和包覆层，所述的包覆层由碳构成，所述的高镍三元正极材料中的镍、钴、锰元素的摩尔比为0.7:0.2:0.25。

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆的高镍三元正极材料，其特征在于，包括高镍三元正极材料和包覆层，所述的包覆层由碳构成，所述的高镍三元正极材料中的镍、钴、锰元素的摩尔比为0.7:0.2:0.25。2.一种碳包覆的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比0.7:0.2:0.25的比例溶解于去除O2的去离子水中；(2)将步骤(1)中的金属盐溶液和氢氧化钠溶液按照流量1:1.15的比例输送到反应釜中，同时通入氨水；控制整个反应体系的pH为11.5，控制反应釜的搅拌速率为580r/min，反应浆料的温度为65℃；(3)将步骤(2)中反应后的浆料过滤，洗涤，120℃干燥，得到高镍三元前驱体；(4)将步骤(3)中的前驱体与碳酸锂摩尔1:0.53的比例在混料机中混合均匀；(5)将步骤(4)中混匀后的物料放入匣钵中推入窑炉，反应温度785℃，反应时间18个小时，整个过程中通入O2，反应结束即得目标产物；(6)将步骤(5)中得到的目标产物与二氧化硅的前驱体加入到溶剂中，搅拌均匀后，加热至20℃～80℃反应2～7h，然后蒸干溶剂，最后在200℃～700℃煅烧2～8h，得到所述二氧化硅包覆的高镍三元正极材料；(7)将步骤(6)中得到二氧化硅包覆的高镍三元正极材料与碳源，以质量比1％-10％混合分散到溶剂中，搅拌反应，得到悬浊液，将悬浊液洗涤过滤形成滤饼，干燥后在空气或氮气或者氩气中100℃-1000℃煅烧1h-20h，得到二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，霍峰蔚，赵海敏，郭少华，李盛，向德波，何文祥，周翠芳，郭鑫，李福林，
申请(专利权)人：浙江天能能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33