一种高性能三元正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种高性能三元正极材料及其制备方法、锂离子电池，该高性能三元正极材料为MO包覆的LiNi

A high performance ternary anode material and its preparation method, lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种高性能三元正极材料及其制备方法、锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池电极材料
，特别涉及一种高性能三元正极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
随着经济社会的快速发展，能源短缺和环境污染亟待解决，开发绿色、高效的新能源材料成为当务之急。锂离子电池作为一种具有高能量、优良循环性能、安全环保的新型电池备受瞩目，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、军用国防等领域。正极材料是影响锂离子电池性能的重要因素之一。因此开发性能优良的锂离子电池正极材料是目前的研究热点，而镍钴锰三元复合正极材料是其中一种极具发展前景的材料。镍钴锰三元正极材料具有成本低、容量高、循环寿命长、热稳定性良好等优点，相较于LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2等其他正极材料具有显著的优势。但是镍钴锰三元正极材料尤其是高镍三元正极材料也存在一定的不足，在循环过程中会发生结构变化生成岩盐相NiO，材料电阻增大，且易与电解液发生副反应。水洗以及包覆是目前常见的加强高镍三元正极材料结构稳定性并降低表面残锂的方法，但是先水洗后包覆的过程中易导致Li的流失，影响后续包覆效果，不能更好的发挥材料的性能。中国专利CN110137458A公开了一种FTO包覆改性正极材料及其制备方法，将LiNi0.5Mn1.5O4加入到混合溶胶中进行湿法包覆，在这个过程中正极材料中的Li易被洗出导致Li的流失，降低材料性能。因此，进一步开发一种经济易行的高性能改性镍钴锰三元正极材料的制备方法具有显著的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高容量、良好循环稳定性能的三元正极材料，旨在解决现有技术中镍钴锰三元正极材料由于Li流失导致其容量低、循环稳定性不佳的技术问题。本专利技术的另一目的在于提供一种上述高性能三元正极材料的制备方法。本专利技术的还一目的在于提供一种包括上述高性能三元正极材料的锂离子电池。为解决上述技术问题，本专利技术采取如下技术方案：一种高性能三元正极材料，所述三元正极材料为镍钴锰三元正极材料，所述镍钴锰三元正极材料为MO包覆的LiNixCoyMn(1-x-y)O2，其化学组成的表达式为(Ⅰ)：LiNixCoyMn(1-x-y)O2/MO(Ⅰ)；其中，所述MO为MgO、Al2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5中任意一种；所述镍钴锰三元正极材料中MO的质量分数为0.1～5％。进一步地，所述镍钴锰三元正极材料中MO的质量分数为0.1～0.5％。本专利技术还提供一种上述高性能三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1.将三元正极材料前驱体NixCoyMn(1-x-y)(OH)2与锂源充分混合，得到第一混合物；S2.将S1中得到的第一混合物进行一次烧结，得到LiNixCoyMn(1-x-y)O2基体材料；S3.将S2得到的基体材料与MO充分混合，获得第二混合物；其中，所述MO为MgO、Al2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5中任意一种；S4.将S3得到的第二混合物进行二次烧结，得到MO包覆的三元正极材料；S5.将S4中MO包覆的三元正极材料与蒸馏水充分混合，搅拌后抽滤；S6.将S5中抽滤后的物料进行三次烧结，即可得到高性能改性的三元正极材料。进一步地，步骤S1中，所述三元正极材料前驱体NixCoyMn(1-x-y)(OH)2中，Ni、Co、Mn的摩尔比为(0.65～0.95)：(0.01～0.33)：(0.01～0.33)。进一步地，步骤S1中，所述锂源为Li2CO3、LiOH、LiOH·H2O或LiNO3中的至少一种，所述Ni、Co、Mn的总摩尔量与Li元素的摩尔比为1：1～1.2。进一步地，步骤S2中，在氧气或空气氛围中进行一次烧结以2～10℃/min的升温速率升温到400～550℃，恒温2～6h，然后以2～10℃/min的升温速率升温至700～800℃，恒温10～20h。进一步地，步骤S4中，在氧气或空气氛围中进行二次烧结，以2～10℃/min的升温速率升温到400～550℃，恒温2～6h，然后以2～10℃/min的升温速率升温700～800℃，恒温10～20h。进一步地，步骤S5中，所述MO包覆的三元正极材料与所述蒸馏水的体积比为0.5～2:1。进一步地，步骤S5中，在氧气或空气氛围中进行三次烧结，以2～10℃/min的升温速率升温到200～400℃，恒温4～12h。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括上述高性能三元正极材料。本专利技术提供的高性能三元正极材料及其制备方法的有益效果在于：本专利技术提供的高性能三元正极材料，通过在三元正极材料表面包覆一层金属氧化物MO保护层，在反应过程中由于金属氧化物保护层的存在减少了岩盐相NiO的生成，减小材料的阻抗，有效避免了水洗过程中由于Li被洗出导致的材料结构破坏问题；同时包覆也能够避免反应过程中材料与电解液的直接接触，减少电解液的腐蚀，提高三元正极材料的结构稳定性。本专利技术提供的高性能三元正极材料的制备方法，采用先干法包覆后水洗的工艺流程，避免了湿法包覆导致的Li流失现象，本专利技术在包覆金属氧化物形成稳定结构之后再进行水洗过程，由于金属氧化物包覆层的存在能够有效减少之后水洗过程中Li的流失，同时，降低材料表面的残余锂的含量；本专利技术制备方法工艺流程合理简便，实用经济，环境友好，适合大规模工业化应用。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中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1中高性能三元正极材料的SEM图。图2为对比例1中三元正极材料的SEM图。图3为对比例2中三元正极材料的SEM图。图4为实施例1、对比例1和对比例2中三元正极材料的扣式电池1C条件下循环性能曲线图。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。本专利技术提供一种高性能三元正极材料，三元正极材料为镍钴锰三元正极材料，镍钴锰三元正极材料为MO包覆的LiNixCoyMn(1-x-y)O2，其化学组成的表达式为(Ⅰ)：LiNixCoyMn(1-x-y)O2/MO(Ⅰ)；其中，MO为MgO、Al2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5中任意一种；镍钴锰三元正极材料中MO的质量分数为0.1～5％。本专利技术提供的高性能三元正极材料，通过在三元正极材料表面包覆一层金属氧化物MO保护层，在反应过程中由于金属氧化物保护层的存在减少了岩盐相NiO的生成，减小材料的阻抗，有效避免了水洗过程中由于Li被洗出导致的材料结构破坏问题；同时包覆也能够避免反应过程中材料与电解液的直接接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料为镍钴锰三元正极材料，所述镍钴锰三元正极材料为MO包覆的LiNi

【技术特征摘要】
1.一种高性能三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料为镍钴锰三元正极材料，所述镍钴锰三元正极材料为MO包覆的LiNixCoyMn(1-x-y)O2，其化学组成的表达式为(Ⅰ)：LiNixCoyMn(1-x-y)O2/MO(Ⅰ)；
其中，所述MO为MgO、Al2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5中任意一种；
所述镍钴锰三元正极材料中MO的质量分数为0.1～5％。


2.如权利要求1所述高性能三元正极材料，其特征在于，所述镍钴锰三元正极材料中MO的质量分数为0.1～0.5％。


3.如权利要求1至2任一项所述高性能三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将三元正极材料前驱体NixCoyMn(1-x-y)(OH)2与锂源充分混合，得到第一混合物；
S2.将S1中得到的第一混合物进行一次烧结，得到LiNixCoyMn(1-x-y)O2基体材料；
S3.将S2得到的基体材料与MO充分混合，获得第二混合物；其中，所述MO为MgO、Al2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5中任意一种；
S4.将S3得到的第二混合物进行二次烧结，得到MO包覆的三元正极材料；
S5.将S4中MO包覆的三元正极材料与蒸馏水充分混合，搅拌后抽滤；
S6.将S5中抽滤后的物料进行三次烧结，即可得到高性能改性的三元正极材料。


4.如权利要求3所述高性能三元正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述三元正极材料前驱体NixCoyMn(1-x-...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎晓静，李魁，訚硕，罗标，
申请(专利权)人：中伟新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52