快充型改性镍钴锰三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种快充型改性镍钴锰三元正极材料及其制备方法与应用。所述快充型改性镍钴锰三元正极材料，包括氮掺杂的镍钴锰三元材料颗粒，在所述镍钴锰三元材料颗粒表面还沉积有金属单质、金属复合物中的至少一种功能包覆层。所述快充型改性镍钴锰三元正极材料具有较高的离子电导率和电子电导率，具有良好的循环性能和高倍率性能，拥有更高的快充性能，其制备方法工艺条件易控，制备的三元正极材料性能稳定，而且效率高。所述快充型改性镍钴锰三元正极材料能够在正电极和锂离子电池中应用。

Fast filling modified Ni Co Mn ternary anode material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
快充型改性镍钴锰三元正极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于化学电源
，尤其涉及一种快充型改性镍钴锰三元正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
如今电动汽车在汽车市场中占据越来越重要的比例，人们对电动汽车的电容量及快充性能也越来越关注，而电动汽车的电池主要是锂电池，在锂离子电池的各个组成部分中，正极材料很大程度上决定了电池的综合性能。目前，常用的正极材料有磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂三元材料等。三元材料由于具有成本低、比容量大、循环性能优良、热稳定性好、安全性高等众多优点，并且不污染环境，在锂离子正极材料方面极具应用前景。但三元锂电池在应用于电动汽车时，仍面临很多问题。为了提高三元材料的容量以适应新时期的需求，提高充放电压平台及镍含量成为首要选择的方式。三元材料的比容量会随着镍含量的提升而相应的提升，但镍含量的增加会导致材料的循环性能及倍率性能急剧衰减。提高充放电的电压平台，在初期阶段对材料的容量发挥会有很大的帮助，但后期会导致材料的二次颗粒的破碎，造成材料与电解液更多的副反应。同时对于采用动力电池提供动力的新能源汽车来说面对的首要问题还是充电时间过长的问题，充电时间需超过10小时，长时间的充电对用户造成极大的不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种快充型改性镍钴锰三元正极材料及其制备方法，以解决现有三元正极材料二次颗粒的破碎和充电速率慢的技术问题。为了实现本专利技术的专利技术目的，本专利技术的一方面，提供了一种快充型改性镍钴锰三元正极材料。所述快充型改性镍钴锰三元正极材料包括氮掺杂的镍钴锰三元材料颗粒，在所述镍钴锰三元材料颗粒表面还沉积有金属单质、金属复合物中的至少一种功能包覆层。本专利技术的另一方面，提供了一种快充型改性镍钴锰三元正极材料的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：将镍钴锰前驱体与锂源按一定锂化配比进行混合处理，得到三元前驱体混合物；将所述三元前驱体混合物在氮氧混合气氛中进行烧结处理，后对烧结产物进行研磨处理，获得氮掺杂三元材料颗粒。采用金属单质、金属复合物中的至少一种作为靶材，以所述氮掺杂三元材料颗粒作为基体进行磁控溅射处理，在是所述氮掺杂三元材料颗粒表面沉积所述功能包覆层。本专利技术的又一方面，提供了一种正电极。所述正电极包括集流体和结合在所述集流体表面的正极活性层，在所述正极活性层外表面还沉积有金属单质、金属复合物中的至少一种功能膜层，其中，所述正极活性层的材料包括本专利技术快充型改性镍钴锰三元正极材料。本专利技术的又一方面，提供了一种正电极的制备方法。所述正电极的制备方法包括如下步骤：将快充型改性镍钴锰三元正极材料与导电剂、粘接剂配制成活性材料浆料，并将所述浆料涂覆于集流体表面制备成电极片；采用金属单质、金属复合物中的至少一种作为靶材，将所述电极片作为基体，在是所述电极片表面沉积所述功能膜层。本专利技术的又一方面，提供了一种锂离子电池。所述锂离子电池包括正电极，所述正电极为本专利技术正电极。与现有技术相比，本专利技术快充型改性镍钴锰三元正极材料采用氮掺杂杂镍钴锰三元正极颗粒，通过利用氮原子的电负性对镍原子实施原位固定，抑制快速脱嵌锂的过程中镍离子占据锂离子的传输通道而发生锂镍混排；制备的金属复合薄膜层提高了极片的电子传导能力，减少电解液与活性材料的接触，同时也减少了极片的极化。因此，所述快充型改性镍钴锰三元正极材料具有较高的离子电导率和电子电导率，具有良好的循环性能和高倍率性能，拥有更高的快充性能。所述快充型改性镍钴锰三元正极材料的制备方法能够保证制备的快充型改性镍钴锰三元正极材料具有上述的优异电化学性能，而且本专利技术制备方法工艺条件易控，制备的快充型改性镍钴锰三元正极材料性能稳定，而且效率高。本专利技术正电极由于采用本专利技术快充型改性镍钴锰三元正极材料，且在活性层表面沉积了功能膜层，因此，所述正电极具有较高的离子电导率和电子电导率，具有良好的循环性能和高倍率性能，拥有更高的快充性能，且结构稳定。本专利技术正电极的制备方法能够保证制备的正电极具有上述的优异电化学性能，方法工艺条件易控，制备的正电极性能稳定，而且效率高。本专利技术锂离子电池的正电极由于是本专利技术正电极，因此，所述锂离子电池具有良好的循环性能和高倍率性能，拥有更高的快充性能。附图说明图1为本专利技术实施例正电极结构示意图；图2为实施例11的步骤S11中制备的氮掺杂单晶Li1.08Ni0.6Co0.2Mn0.2O2三元正极材料的SEM照片；图3为实施例11提供的具有功能包覆膜层的三元正极材料的SEM照片；图4为含本实施例25与对比例21制备的正电极的锂离子电池分别在1C下进行循环图；图5为含本实施例25制备的正电极的锂离子电池分别在3C下进行快充循环图；图6为含本实施例25制备的正电极的18650型圆柱形电池进行快充性能循环图；图7为含本实施例11提供的快充型改性镍钴锰三元正极材料与对比例21提供的氮掺杂三元材料的阻抗曲线图；图8为含本实施例25与对比例21制备的正电极的阻抗曲线图。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，以下结合附图及实施例，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。一方面，本专利技术实施例提供一种快充型改性镍钴锰三元正极材料。所述快充型改性镍钴锰三元正极材料包括氮掺杂的镍钴锰三元材料颗粒，在所述镍钴锰三元材料颗粒表面还沉积有功能包覆层。也即是说，所述快充型改性镍钴锰三元正极材料颗粒为包覆结构或者核壳结构，所述包覆可以是全包覆，也可以是不完全包覆。其中，所述功能包覆层的材料为金属单质、金属复合物中的至少一种。在一实施例中，所述功能包覆层所含的所述金属单质包括钛、硅、锌、铜、钼、铝、镁、金、钒、镉、银、锡、锗、钛、镍、钴、锰、镧、钼、铈、锑中的一种。另一实施例中，所述功能包覆层所含的所述金属复合物包括钛、硅、锌、铜、钼、铝、锗、镧、钼、铈、锑、镁、金中的至少一种化合物。该功能包覆层能够有效沉积在所述镍钴锰三元材料颗粒表面，特别是上述优选的金属单质或/和其化合物能够有效稳定所述镍钴锰三元材料颗粒的结构，提高了其电子传导能力，减少电解液与其接触，同时也减少了镍钴锰三元材料颗粒的极化。在一实施例中，所述功能包覆层的厚度为3-10nm。通过优化所述功能包覆层的厚度能够优化其如前述的作用，从而提高所述快充型改性镍钴锰三元正极材料的电化学性能和结构稳定性。在另一实施例中，所述氮掺杂的镍钴锰三元材料颗粒可以直接选用常规的氮掺杂的氮掺杂的镍钴锰三元材料颗粒材料，优选的按照下文的氮掺杂的镍钴锰三元材料颗粒的制备方法制备获得。由于上文各实施例中快充型改性镍钴锰三元正极材料具有上述结构，因此，所述快充型改性镍钴锰三元正极材料的结构稳定，电子传导能力强，能够减少与电解液的接触和减少了镍钴锰三元材料颗粒的极化。相应地，本专利技术实施例还提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快充型改性镍钴锰三元正极材料，包括氮掺杂的镍钴锰三元材料颗粒，其特征在于：在所述镍钴锰三元材料颗粒表面还沉积有金属单质、金属复合物中的至少一种功能包覆层。/n

【技术特征摘要】
1.一种快充型改性镍钴锰三元正极材料，包括氮掺杂的镍钴锰三元材料颗粒，其特征在于：在所述镍钴锰三元材料颗粒表面还沉积有金属单质、金属复合物中的至少一种功能包覆层。


2.如权利要求1所述的快充型改性镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述功能包覆层的厚度为3-10nm。


3.如权利要求1或2所述的快充型改性镍钴锰三元正极材料，其特征在于，所述功能包覆层所含的所述金属单质包括钛、硅、锌、铜、钼、铝、镁、金、钒、镉、银、锡、锗、钛、镍、钴、锰、镧、钼、铈、锑中的一种；
所述功能包覆层所含的所述金属复合物包括钛、硅、锌、铜、钼、铝、锗、镧、钼、铈、锑、镁、金中的至少一种化合物。


4.如权利要求1-3任一项所述的快充型改性镍钴锰三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将镍钴锰前驱体与锂源按一定锂化配比进行混合处理，得到三元前驱体混合物；
将所述三元前驱体混合物在氮氧混合气氛中进行烧结处理，后对烧结产物进行研磨处理，获得氮掺杂三元材料颗粒；
采用金属单质、金属复合物中的至少一种作为靶材，以所述氮掺杂三元材料颗粒作为基体进行磁控溅射处理，在是所述氮掺杂三元材料颗粒表面沉积所述功能包覆层。


5.如权利要求4所述的快充型改性镍钴锰三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射的所述基体温度为100-400℃，溅射功率为50-100W；溅射气氛为氮气、氩气、氨气中的至少一种与氧气的混合气体气氛；和/或
所述烧结处理包括如下步骤：
将所述三元前驱体混合物在300-1000℃的温度中烧结5-12h，烧结过程中保温段数为2-5段，保温时间为3-5h。


6.如权利要求4或5所述的快充型改性镍钴锰三...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞兆喆，杨平，程燕，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45