一种快离子导体包覆的正极材料及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种快离子导体包覆的正极材料、按照以下步骤制得：A)将快离子导体原材料与双氧水混合，加热回流进行反应，然后加入无水乙醇，再次加热回流，得到多金属氧酸；所述快离子导体原材料为过渡金属单质和/或过渡族金属化合物；B)将正极材料前驱体分散在所述多金属氧酸中，干燥后进行热处理，得到快离子导体包覆的正极材料；所述正极材料具有式1所示化学式：LiNixCoyMnzMγO2式1；式1中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤1，0≤γ

【技术实现步骤摘要】
一种快离子导体包覆的正极材料及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种快离子导体包覆的正极材料及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池自1991年由sony公司首次商业化应用之后便取得了长足的发展，现已在电动车和3C数码电池等领域有了广泛的应用，并呈现出逐步取代传统电池的趋势。正极材料是锂离子电池的核心部分，它的种类涵盖了钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。其中，三元材料不仅成本低廉，而且具有较高的放电比容量，因此在近几年来内，其已成为正极材料研发的主流方向。所谓三元材料，其通式为LiNixCoyMnzO2，x+y+z＝1，具有α-NaFeO2层状结构，其容量随Ni含量的增加而增加。然而，由于Ni2+/Li+混排的存在，NiO岩盐相的形成，以及高价态金属如Ni4+的强氧化性会带来与电解液之间副反应的发生，所以高的镍含量往往会给正极材料的稳定性带来负面影响。为解决上述问题，现有技术主要是通过元素掺杂和包覆技术来进行改善。当中，包覆技术主要是通过减少材料与电解液的反应面积，并借此来降低副反应的发生几率和元素的溶解。到目前为止，比较常见的包覆物主要有TiO2，ZrO2，Al2O3等氧化物和LiPVO4等聚阴离子化合物。氧化物的包覆手段主要可分为干法包覆和湿法包覆两种，其中干法包覆工艺主要是将正极材料与金属氧化物直接混合，随后烧结而成，而湿法工艺是将正极材料在包覆前驱体中分散均匀，以期将包覆前驱体附着在材料表面，随后在烧结过程中转化为氧化物包覆层。常用的包覆前驱体为金属离子的铵根配位物。尽管上述两种方法都取得了一定的效果，但是依然存在着如下问题需要解决：1、包覆层会导致正极材料的容量有所降低。2、包覆层的离子电导率较低，其在后续电化学反应过程中会抑制锂离子的嵌入和释出，导致材料容量和倍率性能的降低。3、现有湿法包覆工艺尚不能完全覆盖正极材料表面，材料在后续电化学过程中依然会发生结构相的转变，从而导致容量的降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种快离子导体包覆的正极材料及锂离子电池，本专利技术中的正极材料容量高、倍率性能好且包覆完全。本专利技术提供一种快离子导体包覆的正极材料、按照以下步骤制得：A)将快离子导体原材料与双氧水混合，加热回流进行反应，然后加入无水乙醇，再次加热回流，得到多金属氧酸；所述快离子导体原材料为过渡金属单质和/或过渡族金属化合物；B)将正极材料分散在所述多金属氧酸中，干燥后进行热处理，得到快离子导体包覆的正极材料；所述正极材料具有式1所示化学式：LiNixCoyMnzMγO2式1；式1中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤1，0≤γ<0.2，x+y+z+γ＝1，M为Al、Mg、Zr、Ti、Cu、B、Y和Ce中的一种或几种。优选的，所述过渡金属单质为W、Mo、Ti、Nb、Ta和Ir当中的一种或几种；所述过渡族金属化合物为钨酸铵、偏钨酸铵、钨酸、六氯化钨、钨酸钠二水化合物、钼酸铵、六氯化钼、钼酸钠，钛酸四丁酯、四异丙醇钛、四氯化钛、硝酸铌和氯化铌中的一种或几种。优选的，所述步骤A)具体为：将快离子导体原材料与双氧水混合，依次在50～60℃下回流5～10h、70～90℃下回流1～5h、90～100℃下回流0.5～3h，然后加入无水乙醇，再次加热回流，得到多金属氧酸。优选的，所述步骤A)中，加入无水乙醇后的回流温度为40～60℃；加入无水乙醇后的回流时间为18～36h。优选的，所述双氧水的质量分数为10～30％。优选的，所述无水乙醇与双氧水的质量比为1：(0.5～2)。优选的，所述多金属氧酸与正极材料的质量比为(0.1～5)：100。优选的，所述热处理的温度为100～700℃；所述热处理的时间为2～10h。优选的，所述热处理的温度通过升温实现，所述升温的速率为2～10℃/min。本专利技术提供一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液；所述正极为上文所述的快离子导体包覆的正极材料。本专利技术提供一种快离子导体包覆的正极材料、按照以下步骤制得：A)将快离子导体原材料与双氧水混合，加热回流进行反应，然后加入无水乙醇，再次加热回流，得到多金属氧酸；所述快离子导体原材料为过渡金属单质和/或过渡族金属化合物；B)将正极材料前驱体分散在所述多金属氧酸中，干燥后进行热处理，得到快离子导体包覆的正极材料；所述正极材料具有式1所示化学式：LiNixCoyMnzMγO2式1；式1中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤1，0≤γ<0.2，x+y+z+γ＝1，M为Al、Mg、Zr、Ti、Cu、B、Y和Ce中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术设计一种氧化物快离子导体包覆的正极材料，首次将多金属氧酸溶胶作为包覆前驱体，具有创新性、成本低、均匀性好、对环境友好等优点；2、本专利技术制备的氧化物快离子导体包覆层可有效的阻隔正极材料和电解液的接触，并提供了供锂离子快速扩散传导的通道，进而大大的减少了过渡族金属的溶解以及电极与电解液之间副反应的发生，有效增强了材料的倍率和循环稳定性。3、氧化物快离子导体包覆层具有锂离子储存活性，且锂离子在其结构中的扩散迅速。4、氧化物快离子导体包覆层可大大增强正极材料基体的热稳定性，从而提高了使用的安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中未包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的低分辨率SEM图；图2为本专利技术实施例1中未包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的高分辨率SEM图；图3为本专利技术实施例1中WO3包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的低分辨率SEM图；图4为本专利技术实施例1中WO3包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的高分辨率SEM图；图5为本专利技术实施例1制备的WO3包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的XRD衍射花样；图6为本专利技术实施例1制备的未包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料和WO3包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料的首次放电曲线；图7为本专利技术实施例1制备的未包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料和WO3包覆改性的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料在1C倍率充放电情况下的电化学循环稳定性；图8为本专利技术实施例1中未包覆改性的正极材料与WO3包覆改性的正极材料的倍率性能对比图。具体实施方式本专利技术提供了一种快离子导体包覆的正极材料、按照以下步骤制得：A)将快离子导体原材料与双氧水混合，加热回流进行反应，然后加入无水乙醇，再次加热回流，得到多金属氧酸；所述快离子导体原材料为过渡金属单质和/或过渡族金属化合物；B)将正极材料前驱体分散在所述多金属氧酸中，干燥后进行热处理，得到快离子导体包覆的正极材料；所述正极材料具有式1所示化学式：LiNixCoyMnzMγO2式1；式1中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快离子导体包覆的正极材料、按照以下步骤制得：A)将快离子导体原材料与双氧水混合，加热回流进行反应，然后加入无水乙醇，再次加热回流，得到多金属氧酸；所述快离子导体原材料为过渡族金属单质和/或过渡族金属化合物；B)将正极材料分散在所述多金属氧酸中，干燥后进行热处理，得到快离子导体包覆的正极材料；所述正极材料具有式1所示化学式：LiNixCoyMnzMγO2    式1；式1中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤1，0≤γ

【技术特征摘要】
1.一种快离子导体包覆的正极材料、按照以下步骤制得：A)将快离子导体原材料与双氧水混合，加热回流进行反应，然后加入无水乙醇，再次加热回流，得到多金属氧酸；所述快离子导体原材料为过渡族金属单质和/或过渡族金属化合物；B)将正极材料分散在所述多金属氧酸中，干燥后进行热处理，得到快离子导体包覆的正极材料；所述正极材料具有式1所示化学式：LiNixCoyMnzMγO2式1；式1中，0.5≤x≤1，0≤y≤0.4，0≤z≤1，0≤γ<0.2，x+y+z+γ＝1，M为Al、Mg、Zr、Ti、Cu、B、Y和Ce中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述过渡族金属单质为W、Mo、Ti、Nb、Ta和Ir当中的一种或几种；所述过渡族金属化合物为钨酸铵、偏钨酸铵、钨酸、六氯化钨、钨酸钠二水化合物、钼酸铵、六氯化钼、钼酸钠，钛酸四丁酯、四异丙醇钛、四氯化钛、硝酸铌和氯化铌中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述步骤A)具体为：将快离子导体原材料与双氧水混...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗桂，赵德，邓多，唐泽勋，常敬杭，王浩，
申请(专利权)人：桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43