离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，其化学通式为Lib(NixCoyMnzMa)O2@polymer，其中，(x+y+z)：b：a＝1：(0.95～1.15)：(0.01～0.05)，x+y+z+a＝1，x>0.33，M为钛、镁、铝、锆中至少一种，polymer为导电聚合物；这样，本发明专利技术通过对镍钴锰酸锂正极材料进行金属离子掺杂，从而提高材料的结构稳定性和锂离子传导能力，从而提高镍钴锰酸锂正极材料的倍率性能；导电聚合物的包覆，将镍钴锰酸锂正极材料与电解液进行隔离，避免镍钴锰酸锂正极材料与电解液直接接触，在减少副反应的发生的同时能够提高材料的电导率，加快电子传导。

【技术实现步骤摘要】
离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
现有技术中，镍钴锰酸锂(LNCM)正极材料由于具有较高的能量密度以及相对较简单的制备工艺被广泛应用于3C产品以及新能源汽车领域；但是，在循环过程中，由于正极/电解液界面的正极材料的结构会发生变化，以及正极材料与电解液之间会发生副反应，从而造成在镍钴锰酸锂正极材料的正极/电解液界面会发生电化学性能衰减的现象；此外，由于现有镍钴锰酸锂正极材料的电子传导较慢，导致镍钴锰酸锂正极材料在高倍率下的电化学性能较差。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的旨在提供一种离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法本专利技术实施例提供一种离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料，其化学通式为Lib(NixCoyMnzMa)O2@polymer，其中，(x+y+z+a)：b＝1∶(0.95～1.15)，(x+y+z)∶a＝1∶(0.01～0.05)，x＞0.33，M为钛、镁、铝、锆中至少一种，polymer为导电聚合物。本专利技术还提供一种如上述方案所述的离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其方法通过以下步骤实施：步骤1，将镍钴锰前驱体、锂盐以及掺杂剂按摩尔比混合均匀后烧结，获得离子掺杂的LNCM正极材料；步骤2，将所述离子掺杂的LNCM正极材料与导电聚合物分散于溶剂中，获得混合溶液，向所述混合溶液加入导电剂和粘结剂，混合均匀，获得包覆有导电聚合物的LNCM正极材料浆料；步骤3，将所述包覆有导电聚合物的LNCM正极材料浆料转移至冷冻干燥器中，进行冷冻干燥，获得包覆有导电聚合物的LNCM正极材料。上述方案中，所述步骤1中所述镍钴锰前驱体、锂盐和掺杂剂的摩尔比为1∶(0.95～1.15)∶(0.01～0.05)。上述方案中，所述步骤1中所述锂盐为氢氧化锂或碳酸锂，所述步骤1中所述掺杂剂为含钛元素的无机盐、含镁元素的无机盐、含铝元素的无机盐、含锆元素的无机盐中至少一种。上述方案中，所述步骤1中烧结的工艺为烧结温度为700～900℃，烧结时间为4～12h。上述方案中，所述步骤2中所述导电聚合物的质量为所述离子掺杂的LNCM正极材料的质量的0.5％～5％。上述方案中，所述步骤2中所述离子掺杂的LNCM正极材料、导电剂以及粘结剂的摩尔比为80∶(5～15)∶(5～15)。上述方案中，所述步骤2中所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中至少一种。上述方案中，所述步骤2中所述导电剂为炭黑、科琴黑或SuperPLi导电碳黑中至少一种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或丁苯橡胶中至少一种，所述溶剂为可溶导电聚合物但不溶LNCM的溶剂，所述溶剂具体为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或氯仿中至少一种。上述方案中，所述步骤3中冷冻干燥在真空度5-50pa下进行，所述冷冻干燥的温度为-50～-10℃。与现有技术相比，本专利技术提出了一种离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，其化学通式为Lib(NixCoyMnzMa)O2@polymer，其中，(x+y+z+a)∶b＝1∶(0.95～1.15)，(x+y+z)∶a＝1：(0.01～0.05)，x＞0.33，M为钛、镁、铝、锆中至少一种，polymer为导电聚合物；该方法通过制备离子掺杂的LNCM正极材料，然后向所述离子掺杂的LNCM正极材料加入导电聚合物、导电剂以及粘结剂，直接获得包覆有导电聚合物的LNCM正极材料浆料，最后，冷冻干燥，获得包覆有导电聚合物的LNCM正极材料；这样，本专利技术通过对镍钴锰酸锂正极材料进行金属离子掺杂，从而提高材料的结构稳定性和锂离子传导能力，从而提高镍钴锰酸锂正极材料的倍率性能；导电聚合物的包覆，将镍钴锰酸锂正极材料与电解液进行隔离，避免镍钴锰酸锂正极材料与电解液直接接触，在减少副反应的发生的同时能够提高材料的电导率，加快电子传导；此外，在对镍钴锰酸锂正极材料包覆导电聚合物的同时加入导电剂和粘结剂直接调制正极材料浆料，并且获得的浆料冷冻干燥后可直接压制制成极片，简化了生产工艺，节约成本。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料，其化学通式为Lib(NixCoyMnzMa)O2@polymer，其中，(x+y+z+a)∶b＝1∶(0.95～1.15)，(x+y+z)∶a＝1∶(0.01～0.05)，x＞0.33，M为钛、镁、铝、锆中至少一种，polymer为导电聚合物。本专利技术实施例还提供一种如上述方案所述的离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其方法通过以下步骤实施：步骤1，按照镍钴锰前驱体、锂盐以及掺杂剂的摩尔比为1∶(0.95～1.15)∶(0.01～0.05)称取镍钴锰前驱体、锂盐以及掺杂剂，混合均匀，然后在700-900℃下烧结4-12h，后冷却，获得离子掺杂的LNCM正极材料；其中，所述锂盐为氢氧化锂或碳酸锂，所述掺杂剂为含钛元素的无机盐、含镁元素的无机盐、含铝元素的无机盐、含锆元素的无机盐中至少一种；金属离子的掺杂，通过在材料晶格中掺杂其他离子，改变原子之间的结合力，提高材料的结构稳定性和锂离子传导，从而提升材料的倍率性能。步骤2，将所述离子掺杂的LNCM正极材料与导电聚合物分散于溶剂中，获得混合溶液，向所述混合溶液加入导电剂和粘结剂，混合均匀，获得包覆有导电聚合物的LNCM正极材料浆料；其中，所述导电聚合物的质量为所述离子掺杂的LNCM正极材料的质量的0.5％～5％；所述离子掺杂的LNCM正极材料、导电剂以及粘结剂的摩尔比为80∶(5～15)∶(5～15)；所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中至少一种；所述导电剂为炭黑、科琴黑或SuperPLi导电碳黑中至少一种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素或丁苯橡胶中至少一种，所述溶剂为可溶导电聚合物但不溶LNCM的溶剂，所述溶剂具体为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或氯仿中至少一种。在离子掺杂的LNCM正极材料包覆一层导电聚合物，能够稳定材料的结构，隔绝材料与电解液的直接接触，避免与电解液的副反应，从而提高材料的电导率，加快电子传导。步骤3，将所述包覆有导电聚合物的LNCM正极材料浆料转移至冷冻干燥器中，在真空度5～50pa下以干燥温度-50～-10℃进行冷冻干燥，获得包覆有导电聚合物的LNCM正极材料。采用冷冻干燥处理，直接制备包覆有导电聚合物的LNCM正极材料，并且通过压制能够直接获得包覆有导电聚合物的LNCM正极极片，在对镍钴锰酸锂正极材料包覆导电聚合物的同时加入导电剂和粘结剂直接调制正极材料浆料，并且获得的浆料冷冻干燥后可直接压制制成极片，简化了生产工艺，节约成本，并且，相对于传统包覆正极材料得到的极片，本专利技术得到的包覆有导电聚合物的LNCM正极极片由于组成极片的包覆有导电聚合物的LNCM正极材料连接为一体，其导电率会明显提高，极大的促进了极片的电子传导；此外，通过冷冻干燥，直接得到免集流体的正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于，其化学通式为Lib(NixCoyMnzMa)O2@polymer，其中，(x+y+z+a)：b＝1：(0.95～1.15)，(x+y+z)：a＝1：(0.01～0.05)，x>0.33，M为钛、镁、铝、锆中至少一种，polymer为导电聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于，其化学通式为Lib(NixCoyMnzMa)O2@polymer，其中，(x+y+z+a)：b＝1：(0.95～1.15)，(x+y+z)：a＝1：(0.01～0.05)，x>0.33，M为钛、镁、铝、锆中至少一种，polymer为导电聚合物。2.一种如权利要求1所述的离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，其方法通过以下步骤实施：步骤1，将镍钴锰前驱体、锂盐以及掺杂剂按摩尔比混合均匀后烧结，获得离子掺杂的LNCM正极材料；步骤2，将所述离子掺杂的LNCM正极材料与导电聚合物分散于溶剂中，获得混合溶液，向所述混合溶液加入导电剂和粘结剂，混合均匀，获得包覆有导电聚合物的LNCM正极材料浆料；步骤3，将所述包覆有导电聚合物的LNCM正极材料浆料转移至冷冻干燥器中，进行冷冻干燥，获得包覆有导电聚合物的LNCM正极材料。3.根据权利要求2所述的如权利要求1所述的离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述镍钴锰前驱体、锂盐和掺杂剂的摩尔比为1:(0.95～1.15):(0.01～0.05)。4.根据权利要求3所述的如权利要求1所述的离子掺杂、包覆的镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所述锂盐为氢氧化锂或碳酸锂，所述步骤1中所述掺杂剂为含钛元素的无机盐、含镁元素的无机盐、含铝元素的无机盐、含锆元素的无机盐中至少一种。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，叶建，张云河，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42