一种锂离子电池正极复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极复合材料及其制备方法，涉及电池材料技术领域。利用物理合成法，以成本低、环保的天然黏土或铝土矿作为包覆层的原料，对常规的锂离子电池正极材料进行掺杂包覆，过程简单成本低，而且原料丰富易于取材，得到的改性后的正极材料导电率得到了极大地提高，改性后的正极材料制备成的电池，放电容量、循环稳定性均得到了明显的改善。

A Lithium Ion Battery Cathode Composite Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极复合材料及其制备方法
本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种锂离子电池正极复合材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高，循环性能好，工作电压稳定等优点，受到消费者的青睐，但随着时间的推移和产品的更新迭代，锂离子电池的性能已不能满足市场对它的需求，尤其在动力电池领域，市场要求其具备更好的倍率性能、循环性能和更高的能量密度。目前，改善锂离子电池性能的普遍的一种方法是通过对电池的正极材料进行改性掺杂、包覆或复合，如专利申请号CN104425813A，CN103700825A通过在镍钴锰三元正极材料上包覆铝来提高电池的循环性能和容量性能，专利申请号CN102903904A通过在尖晶石锰酸锂材料的表面包覆LiAlO2来提高电池的容量和循环性能。上述对锂离子电池材料改性的技术中，采用的均为化学合成方法，而且主要是利用单一的化学物质进行改性修饰，改性后的材料性能虽然得到了提高，但是改性的实施过程复杂，成本高。所以，锂离子电池材料改性的现有技术在应用推广中受到了较大的限制，需要开发一种改性后电池性能得到明显提高，而且实施过程简单成本低的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池正极复合材料及其制备方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供了一种锂离子电池正极复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一，除去原生黏土或铝土矿中的磁性物质，得到二次黏土或铝土矿；步骤二，将二次黏土或铝土矿与锂离子电池正极材料以0.5-10:90-100的质量比例混合均匀并研磨，以得到包含纳米级二次黏土或铝土矿和微米级锂离子电池正极材料的混合物；步骤三，将步骤二得到的混合物在600-1000℃条件下烧结，以得到具有二次黏土或铝土矿包覆层的锂离子电池正极复合材料，所述二次黏土或铝土矿包覆层占所述锂离子电池正极复合材料的0.5质量％-10质量％。优选地，步骤一是通过将原生黏土或铝土矿放入管道除铁器中来进行的。优选地，步骤二中，所述锂离子电池正极材料选自锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、富锂锰基正极材料、镍钴锰三元正极材料和镍钴铝三元正极材料中的一种或多种。优选地，步骤二中，所述研磨选自球磨、砂磨和三维混合中的一种或多种。优选地，步骤三中，以5℃/min-10℃/min的升温速率达到指定温度600-1000℃后，再保温烧结8-20小时。优选地，步骤三中，所述烧结采用管式炉、马弗炉或微波进行。优选地，步骤二中，所述二次黏土或铝土矿与锂离子电池正极材料的质量比例为3:97。优选地，步骤三中，所述烧结的温度为750-850℃。本专利技术另一方面提供了一种锂离子电池正极复合材料，利用上述的锂离子电池正极复合材料的制备方法制备得到。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的锂离子电池正极复合材料及其制备方法，利用物理合成法，以成本低、环保的天然黏土或铝土矿作为包覆层的原料，对常规的锂离子电池正极材料进行掺杂包覆，过程简单成本低，而且原料丰富易于取材，得到的改性后的正极材料导电率得到了极大地提高，改性后的正极材料制备成的电池，放电容量、循环稳定性均得到了明显的改善。附图说明图1是本专利技术实施例1得到的含有包覆层的正极复合材料的电镜扫描图；图2是本专利技术对比例1中的正极材料的电镜扫描图；图3是利用实施例1改性后材料和对比例1改性前材料组装的电池10C下倍率放电曲线；图4是利用实施例1改性后材料和对比例1改性前材料组装的电池35C下循环曲线；图5是利用实施例2改性后材料和对比例2改性前材料组装的电池10C下倍率放电曲线；图6是利用实施例2改性后材料和对比例2改性前材料组装的电池35C下循环曲线；图7是利用实施例3改性后材料和对比例3改性前材料组装的电池1C下倍率放电曲线；图8是利用实施例3改性后材料和对比例3改性前材料组装的电池1C下循环曲线；图9是利用实施例4改性后材料和对比例4改性前材料组装的电池1C下倍率放电曲线；图10是利用实施例4改性后材料和对比例4改性前材料组装的电池1C下循环曲线；图11是利用实施例5改性后材料和对比例5改性前材料组装的电池10C下倍率放电曲线；图12是利用实施例5改性后材料和对比例5改性前材料组装的电池35C下循环曲线；图13是利用实施例6改性后材料和对比例6改性前材料组装的电池10C下倍率放电曲线；图14是利用实施例6改性后材料和对比例6改性前材料组装的电池35C下循环曲线。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，以下结合附图，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方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种锂离子电池正极复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一，除去原生黏土或铝土矿中的磁性物质，得到二次黏土或铝土矿；步骤二，将二次黏土或铝土矿与锂离子电池正极材料以0.5-10:90-100的质量比例混合均匀并研磨，以得到包含纳米级二次黏土或铝土矿和微米级锂离子电池正极材料的混合物；步骤三，将步骤二得到的混合物在600-1000℃条件下烧结，以得到具有二次黏土或铝土矿包覆层的锂离子电池正极复合材料，所述二次黏土或铝土矿包覆层占所述锂离子电池正极复合材料的0.5质量％-10质量％。研究发现，原生黏土的主要成分为氧化铝和氧化硅，还含有少量其他矿物元素，铝土矿的主要成分为铝的化合物及少量其他矿物元素，其中包括的铁物质具有一定的磁性，如果将该磁性物质包覆在电池正极材料中，会导致电池短路，从而使得电池的安全性降低。所以，本专利技术中，将原生黏土或铝土矿中存在的磁性物质除去，从而避免由于短路发生电池爆炸的现象。在具体实施过程中，可以采用如下方法：将原生黏土或铝土矿放入管道除铁器中0.5-3小时，除去原生黏土或铝土矿中的磁性物质。在该过程中，通过磁吸的方式将磁性物质除去，方法简单，而且铁磁性物质可以彻底的消除。其中，在具体实施过程中，可以根据材料中铁磁性物质含量的多少及对安全指标要求选择处理时间，处理时间越长，磁性物质除去的越彻底，安全系数也就越高。本专利技术中，选择处理时间为0.5-3小时，可以较彻底的去除铁等磁性物质，从而保证包覆的锂离子电池正极材料具有较高的安全系数。本专利技术中，所述锂离子电池正极材料可以锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、富锂锰基正极材料、镍钴锰三元正极材料和镍钴铝三元正极材料中的一种或多种。采用上述的锂离子电池正极材料，在掺杂包覆黏土或铝土矿时，会发生下列的一些变化：针对目前市面上正极材料高倍率性能差和使用温度范围窄的问题，也有研究人员采用表面包覆的形式进行改善，但依然不能满足市场对高倍率的要求。本技术方案采用黏土对正极材料进行表面包覆和掺杂，通过热处理黏土中的金属离子(Mg2+、Ca2+、Si4+、Al3+等)扩散到正极材料内部，实现了表面梯度掺杂，同时，部分黏土中的成分直接转化成氧化物(Al2O3、SiO2、MgO等)，包覆在正极材料的表面，提高正极材料的离子/电子电导率和结构稳定性，从而提高电池的倍率性能和循环性能，包覆的Al2O3具有耐高温性能，从而提高电池的高温性能，进而提高电池的安全性能。另外，本专利技术中，二次黏土或铝土矿与常规锂离子电池正极材料按照一定的比例混合后，可以采用球磨混合、砂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，除去原生黏土或铝土矿中的磁性物质，得到二次黏土或铝土矿；步骤二，将二次黏土或铝土矿与锂离子电池正极材料以0.5‑10:90‑100的质量比例混合均匀并研磨，以得到包含纳米级二次黏土或铝土矿和微米级锂离子电池正极材料的混合物；步骤三，将步骤二得到的混合物在600‑1000℃条件下烧结，以得到具有二次黏土或铝土矿包覆层的锂离子电池正极复合材料，所述二次黏土或铝土矿包覆层占所述锂离子电池正极复合材料的0.5质量％‑10质量％。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，除去原生黏土或铝土矿中的磁性物质，得到二次黏土或铝土矿；步骤二，将二次黏土或铝土矿与锂离子电池正极材料以0.5-10:90-100的质量比例混合均匀并研磨，以得到包含纳米级二次黏土或铝土矿和微米级锂离子电池正极材料的混合物；步骤三，将步骤二得到的混合物在600-1000℃条件下烧结，以得到具有二次黏土或铝土矿包覆层的锂离子电池正极复合材料，所述二次黏土或铝土矿包覆层占所述锂离子电池正极复合材料的0.5质量％-10质量％。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一是通过将原生黏土或铝土矿放入管道除铁器中来进行的。3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述锂离子电池正极材料选自锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、富锂锰基正极材料、镍钴锰三元正极材料和镍钴铝三元正极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺思如，杨金林，王仲明，吴吉强，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：湖南电将军新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43