一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元层状正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术具体涉及一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料及其制备方法，属于电化学储能电池领域。正极材料为PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi

A high nickel ternary layered anode material coated with metal oxide assisted by PDA and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元层状正极材料及其制备方法
本专利技术属于电化学储能电池领域，具体涉及一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
可充电锂离子电池(LIB)在便携式电子设备和电动汽车等领域存在非常广泛的应用空间，前景诱人。特别是高镍的层状金属氧化物正极材料LiNi1-x-yCoxMnyO2(1-x-y≥0.6)，与目前已经商业化的LiCoO2正极材料相比，具有更高的比容量和更低的成本，因而被认为是一种最具发展和应用前景的高能量密度正极材料。然而，高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料目前存在库伦效率低、循环稳定性差和倍率容量低等缺陷问题。这些缺陷问题主要与高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2的结构特性相关：(1)Li+(0.076nm)与Ni2+(0.069nm)的离子半径相近，在过渡金属层与Li层间发生的Li+/Ni2+离子混排程度高，导致Li+的扩散路径受阻、材料的可逆容量降低；(2)材料表面可与空气中的H2O和CO2发生反应，形成过多的LiOH/Li2CO3等含锂碱性化合物，使得电极涂膜时浆料容易产生凝胶化现象、电极制备难度增加；(3)残留的LiOH容易与电解液中的LiPF6发生反应生成HF，造成材料中金属离子溶解、气体析出，结构从层状向尖晶石晶相转变，从而使材料可逆容量衰减严重。为了解决这些缺陷问题，科学家采用了各种策略，包括材料形貌设计、离子掺杂和表面包覆等，来改善高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2的循环稳定性。其中，在高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料表面构建纳米尺寸的包覆层，比如Al2O3、V2O5、SiO2、LiF、CaF2、AlF3、硫化物、硒化物等纳米包覆层(ChoW.,KimS.M.,SongJ.H.,etal.J.PowerSources2015,282,45-50；ShiS.,TuJ.,TangY.,etal.J.PowerSources2013,225,338-346：沈赟，方艳，于英超等,中国专利CN109473657A)，可有效提高材料的电化学性能。首先，界面包覆层可以降低材料在空气中的裸露面积，从而减少高镍表面与H2O/CO2的副反应、减少LiOH/Li2CO3杂质的形成。再者，表面包覆层可以保护高脱锂态活性材料免受HF的破坏，阻止正极材料与电解液发生副反应，从而提高了高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料的循环性能。其中金属氧化物作为一种包覆材料，成本较低，拥有较好的包覆效果，对于上述的问题来说是一种可行的解决手段。然而，其仍然存在一些不足之处。由于金属氧化物和高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料之间的的结合能较弱，导致包覆层很难通过较少的量来达到均匀完整的包覆在颗粒的整个表面的效果。如果包覆层的厚度较薄，包覆层可能会在材料在充放电的过程中慢慢脱落，失去本身的包覆效果。如果包覆层的厚度较厚，本身不作为活性物质的包覆层反而会减少材料的比容量。但是，因为其具有良好的包覆效果，金属氧化物依然在包覆材料中具有极大的优势。因此，如何提升金属氧化物和高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2直接的结合能力，在高镍LiNi1-x-yCoxMnyO2表面构建均匀少量的包覆层，依然是目前该领域面临的挑战。
技术实现思路
本专利技术提供了一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料及其制备方法。所述正极材料为PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi1-x-yCoxMnyO2复合材料，式中0<x<0.4，0<y<0.4，1-x-y≥0.6。所述制备方法为：通过简单的沉淀法，利用PDA的高黏附性，将金属氧化物均匀包覆在高镍三元正极材料LiNi1-x-yCoxMnyO2的界面。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料：所述正极材料为PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi1-x-yCoxMnyO2复合材料，式中0<x<0.4，0<y<0.4，1-x-y≥0.6。本专利技术的PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料，所述PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi1-x-yCoxMnyO2复合材料中，PDA的质量分数为：0-10.0％，金属氧化物包覆层的质量分数为0-10.0％本专利技术的PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料，所述PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi1-x-yCoxMnyO2复合材料中，LiNi1-x-yCoxMnyO2界面的Ni/Co/Mn原子和氧化物通过PDA的键合作用紧紧的黏附在一起。确保了金属氧化物层在LiNi1-x-yCoxMnyO2表面的包覆。所述PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：首先将Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体和盐酸多巴胺混合溶解在Tris-HCl缓冲液中，通过搅拌混合均匀后，烘干。将得到的粉体和金属氧化物混合溶解在乙醇中，搅拌均匀后烘干，将得到的粉体和锂源均匀混合后，在氧气氛围下热处理，获得最终的PDA辅助金属氧化物包覆LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料。作为优选，所述制备方法具体包括以下步骤：(1)将Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体和盐酸多巴胺混合溶解在Tris-HCl缓冲液中，置于搅拌器上，充分搅拌均匀，得到PDA包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体；(2)将PDA包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体和金属氧化物混合溶解在乙醇中，置于搅拌器上，在60℃的条件下充分搅拌均匀，得到PDA辅助金属氧化物包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体；(3)将PDA辅助金属氧化物包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体和锂源均匀混合后，置于刚玉坩埚中，放入管式炉中，在氧气氛围下热处理，得到PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料。作为优选，步骤(1)所述盐酸多巴胺的混合加入量为盐酸多巴胺/Ni1-x-yCoxMny(OH)2混合物中的质量分数为0-10.0％；所述搅拌时间为12-24h；Tris-Hcl缓冲液的加入量为10-20ml/1g盐酸多巴胺/Ni1-x-yCoxMny(OH)2混合物。作为优选，步骤(2)所述金属氧化物的混合加入量为金属氧化物/PDA-Ni1-x-yCoxMny(OH)2混合物中的质量分数为0-10.0％；所述搅拌时间为12-24h。作为优选，步骤(3)所述PDA辅助金属氧化物包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体中，0<x<0.4、0<y<0.4和1-x-y≥0.6；所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂或者醋酸锂；所述热处理过程为：以1-10℃/min的速率升温至400-500℃，保温3-10h，再同样以1-5℃/min的速率升温至700-800℃，保温10-20h。作为优选，所述金属氧化物为氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化硅、氧化锌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料，其特征在于：所述正极材料为PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi

【技术特征摘要】
1.一种PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料，其特征在于：所述正极材料为PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi1-x-yCoxMnyO2复合材料，式中0<x<0.4，0<y<0.4，1-x-y≥0.6；所述PDA辅助金属氧化物包覆的LiNi1-x-yCoxMnyO2复合材料中，PDA的质量分数为：0-10.0％，金属氧化物包覆层的质量分数为0-10.0％。


2.一种如权利要求1所述PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：首先将Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体和盐酸多巴胺混合溶解在Tris-HCl缓冲液中，通过搅拌，混合均匀后，烘干，将得到的粉体和金属氧化物混合溶解在乙醇中，通过搅拌，混合均匀后，烘干，将得到的粉体和锂源均匀混合后，在氧气氛围下热处理，获得最终的PDA辅助金属氧化物包覆LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料。


3.根据权利要求2所述的PDA辅助金属氧化物包覆的高镍三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)将Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体和盐酸多巴胺混合溶解在Tris-HCl缓冲液中，置于搅拌器上，充分搅拌均匀，得到PDA包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体；
(2)将PDA包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体和金属氧化物混合溶解在乙醇中，置于搅拌器上，在60℃的条件下充分搅拌均匀，得到PDA辅助金属氧化物包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH)2三元前驱体；
(3)将PDA辅助金属氧化物包覆的Ni1-x-yCoxMny(OH...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙福根，丁国彧，李亚辉，王秋琳，朱振，高远，徐国军，李晓敏，岳之浩，周浪，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36