一种改性NCM三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性NCM三元正极材料及其制备方法，其中一种改性NCM三元正极材料，包括NCM三元正极材料，所述NCM三元正极材料的表面包覆有氢氧化铝和氟化铵。本发明专利技术通过用氢氧化铝和氟化铵表面改性三元正极材料，提高了材料的表面结构稳定性，同时提高了材料的离子迁移率，进而提升三元材料的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性NCM三元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种改性NCM三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
近年来由于科技的高速发展以及人们对环境污染问题的持续关注，移动终端和电动汽车领域对高能量密度电池的需求加大，大比容量和高能量密度的正极材料受到越来越大的关注。目前商用的正极材料LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4的放电比容量都较低。相比之下，NCM三元正极材料（镍钴锰三元正极材料）具有较高的放电容量，被广泛应用于动力锂离子电池领域。为了进一步提高LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2NCM三元正极材料的电化学性能，特别是其首次库伦效率，我们以氢氢氧化铝和氟化铵为原料，用简单干法制备了氢氧化铝和氟化铵表面改性的三元正极材料，紧接着的焙烧过程用来加强界面的结构稳定性。相比于未改性的材料，表面改性后的三元正极材料具有更好的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种改性NCM三元正极材料及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种改性NCM三元正极材料，包括NCM三元正极材料，所述NCM三元正极材料的表面包覆有氢氧化铝和氟化铵。进一步方案，所述改性NCM三元正极材料中氢氧化铝的质量百分比为0.1-0.5%、氟化铵的质量百分比为0.1-0.3%。进一步方案，所述氢氧化铝的粒径小于50纳米。本专利技术中选用粒径小于50纳米的纳米级氢氧化铝来改性，这是因为氢氧化铝具有高的反应活性，故更易于反应均匀。本专利技术的另一个专利技术目的是提供上述一种改性NCM三元正极材料的制备方法，先将氢氧化铝、氟化铵和NCM三元正极材料置于高混机中进行搅拌，然后烧结制得改性NCM三元正极材料。进一步方案，所述搅拌是先以200-400r/min搅拌5min后，接着以800-1200r/min搅拌20min。本专利技术中搅拌是先低速搅拌，再高速搅拌，其中低速搅拌目的是预混，不然改性物料分层；高速搅拌是为了让改性物料均匀的包覆在NCM三元正极材料的表面。进一步方案，所述烧结指置于马弗炉中以500-800℃烧结3-7h。本专利技术选择氢氧化铝和氟化铵共同来包覆改性，其与传统Al2O3包覆工艺相比，由于纳米Al(OH)3活性高于传统Al2O3，以纳米Al(OH)3为原材料包覆三元材料具有更好的电化学性能；同时NH4F改性可以在三元材料表面形成一个尖晶石结构的纳米层，可以增强三元材料的电化学性能。本专利技术用氢氧化铝和氟化铵对NCM三元正极材料表面进行包覆改性，减少三元正极材料与电解液的直接接触，抑制Mn的溶解，从而提高了三元正极材料的表面结构稳定性，同时提高了材料的离子迁移率，进而提升三元正极材料的电化学性能。改性后的三元正极材料的首次库伦效率得到提高，由86.68%提高到90%以上，1C比容量达到170.1mAh/g，50周循环容量保持率高达99.94%，均高于未改性的样品。这些得益于离子迁移率的提高、表面活性位点的增多以及表面结构稳定性的增强。附图说明图1是本专利技术实施例1-3制备的改性NCM三元正极材料与纯的末改性的NCM三元正极材料的XRD图谱；图2是本专利技术实施例1-3制备的改性NCM三元正极材料与纯的末改性的NCM三元正极材料的SEM图；图3是本专利技术实施例1-3制备的改性NCM三元正极材料与NCM三元正极材料的1C(1C=200mA/g)循环性能图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术中NCM三元正极材料以LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为例进行说明：LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2制备：按照Li:（Mn+Ni+Co）的摩尔比为1.05:1称取LiOH·H2O和Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2，放置3D混料机中，混合2小时，然后在箱式马弗炉中850℃煅烧8-12h，压缩空气流量为60L/min，制得LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2粉末；实施例1称取一定量的Al(OH)3、NH4F和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2置于高混机中（其中氢氧化铝的质量百分比为0.2wt%，氟化铵为0.3wt%），先以200r/min搅拌5min，接着以1000r/min搅拌20min，然后移入马弗炉中500℃焙烧5h，所得材料标记为Coating-1。实施例2称取一定量的Al(OH)3、NH4F和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2置于高混机中（其中氢氧化铝的质量百分比为0.5wt%，氟化铵为0.2wt%），先以300r/min搅拌5min，接着以1100r/min搅拌20min，移入马弗炉中500℃焙烧5h，所得材料标记为Coating-2。实施例3称取一定量的Al(OH)3、NH4F和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2置于高混机中（其中氢氧化铝的质量百分比为0.5wt%，氟化铵为0.1wt%），先以400r/min搅拌5min，接着以1200r/min搅拌20min，然后移入马弗炉中700℃焙烧5h，所得材料标记为Coating-3。如图1所示是本专利技术实施例1-3制备的改性NCM三元正极材料与纯的末改性的NCM三元三元材料（NCM）的XRD图谱。从图中可以看出，NCM三元正极材料表面改性后没有其他衍射峰，说明改性过程没有改变材料的结构。如图2所示是本专利技术实施例1-3制备的改性NCM三元正极材料与纯的末改性的NCM三元材料的SEM图；图中：（a）NCM，（b）Coating-1，（c）Coating-2（d）Coating-3。从图中可以可以看出，改性后材料表面变的粗糙，说明其表面均匀包覆有改性材料。采用2016纽扣电池进行电化学性能测试：按照活性材料：炭黑：聚（偏二氟乙烯）为80:10:10的质量比溶于N甲基吡咯烷酮中，均匀涂抹在铝箔上，120℃干燥一夜后制成正极片。其中活性材料为NCM（LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2）及实施例1-3制备的Coating-1、Coating-2、Coating-3；负极为锂片，隔膜为Celgard2400，电解液为1MLiPF6溶于EC/DMC/DEC(1:1:1inwt%)。电池的组装过程在手套箱中完成。电池的充放电测试在新威CT-3008上进行。其1C(1C=200mA/g)循环性能如图3所示。从图3中可看出，本专利技术实施例1-3改性NCM三元正极材料所制成电池的循环性能显著优于末改性的NCM三元正极材料所制成电池的循环性能。上述的对实施例的描述是为便于该
的普通技术人员能理解和应用本专利技术。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本专利技术不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本专利技术的揭示，不脱离本专利技术范畴所做出的改进和修改都应该在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性NCM三元正极材料，其特征在于：包括NCM三元正极材料，所述NCM三元正极材料的表面包覆有氢氧化铝和氟化铵。

【技术特征摘要】
1.一种改性NCM三元正极材料，其特征在于：包括NCM三元正极材料，所述NCM三元正极材料的表面包覆有氢氧化铝和氟化铵。2.根据权利要求1所述的一种改性NCM三元正极材料，其特征在于：所述改性NCM三元正极材料中氢氧化铝的质量百分比为0.1-0.5%、氟化铵的质量百分比为0.1-0.3%。3.根据权利要求1所述的一种改性NCM三元正极材料，其特征在于：所述氢氧化铝的粒径小于50纳米。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：何磊，史俊，丁楚雄，李道聪，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34