一种包覆改性的镍系多元正极材料及其制备方法技术

本申请涉及正极材料制备技术领域，具体涉及一种包覆改性的镍系多元正极材料及其制备方法，所述制备方法具体是：首先将一定量的水泥类物质加水陈化后形成浆料，并打磨到很小的粒径；然后采用特定方法将浆料初步包覆到镍系多元正极材料的表面；最后再通过高温烧结即可得到所述包覆改性的镍系多元正极材料，在这个过程中，镍系多元正极材料表面的水泥类物质中尺寸较小的Al、Si元素会一定程度上呈梯度掺杂进入到镍系多元正极材料的内部，从而对镍系多元正极材料起到一定的调控作用，提升其循环性能和倍率性能；其他物质会在镍系多元正极材料表面产生一层包覆层，所述包覆层结构致密、均一，并且十分稳定，可以对镍系多元正极材料起到很好的保护。

【技术实现步骤摘要】
一种包覆改性的镍系多元正极材料及其制备方法
本申请涉及正极材料制备
，具体涉及一种包覆改性的镍系多元正极材料及其制备方法。
技术介绍
随着化石能源的过度消耗与环境问题的越来越严峻，使得清洁能源迅猛发展，继而带动了储能器件的发展。早期的磷酸铁锂由于比容量较低等问题已无法满足市场要求，因此各大电池厂商将目光对准了具有更高容量的镍系多元正极材料，镍系多元正极材料受到越来越多的关注，逐渐成为锂离子电池研究的热点正极材料。虽然镍系多元正极材料具备高比容量、良好的循环性能、高安全性及低成本等优点，但是镍系多元正极材料由于Li+与Ni2+离子半径接近，易发生锂镍混排，特别是对于Ni含量高的镍系多元正极材料，更容易发生锂镍混排，进而导致材料结构稳定性变差，并较大程度上影响正极材料的电化学性能；另外，在长时间的使用中，镍系多元正极材料较易与空气中的H2O和CO2发生反应，严重降低电池的性能。为解决上述问题，利用分子水平的掺杂、包覆和表面修饰等方法来改性镍系多元正极材料是一种行之有效的解决办法，因其良好的研究基础及应用前景而成为近年来研究热点之一。
技术实现思路
本申请提供了第一方面的
技术实现思路
，具体涉及一种包覆改性的镍系多元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取水泥类物质加水混匀、陈化后再球磨或砂磨直至粒径到1.0微米以下得到浆料，所述浆料的固含量不超过70％；2)取浆料对镍系多元正极材料进行初步包覆，得到附着有水泥类物质的镍系多元正极材料，所述镍系多元正极材料为LiNixCoyM1-x-yO2；3)将附着有水泥类物质的镍系多元正极材料经烧结得到包覆改性的高性能镍系多元正极材料，所述烧结过程中，烧结温度为400℃～900℃，烧结时间为30-600min。可选的，步骤1)中，所述水泥类物质为以氧化物、铝硅酸盐、硅酸盐或铝酸盐为主要成分的混合物中的一种或多种。可选的，步骤2)中，所述M为Mn、Al、Mg、Sn、Y或Cr中的一种或多种。可选的，步骤2)中，所述LiNixCoyM1-x-yO2满足：0≤x＜1，0＜y≤1.0，并且x+y≤1。可选的，步骤2)中，附着在镍系多元正极材料上的水泥类物质与镍系多元正极材料的质量比为0.004～0.08：1。可选的，步骤2)中，采用多次调整的初步包覆方式对镍系多元材料进行初步包覆，具体步骤是：1)按要求配置所述浆料，称重待初步包覆的镍系多元正极材料的质量；2)采用浆料对镍系多元正极材料进行初步包覆；3)称重步骤2)后初步包覆的镍系多元正极材料的质量，计算附着在镍系多元正极材料上的水泥类物质与镍系多元正极材料的质量比；4)根据步骤3)的计算结果，若计算结果小于所需配比，则根据结果配置新的浆料，然后循环步骤2)～步骤4)，或者得到所需配比的初步包覆的镍系多元正极材料。可选的，步骤2)中，所述初步包覆方式包括浸渍后干燥、喷涂后干燥、涂刷后干燥和喷雾干燥。可选的，所述浸渍后干燥、喷涂后干燥、涂刷后干燥的干燥方式包括闪蒸、旋转干燥和带式干燥。可选的，所述干燥温度在60℃～300℃，干燥时间为1～4小时。本申请还提供了第二方面的
技术实现思路
，具体涉及一种包覆改性的镍系多元正极材料，其特征在于采用第一方面
技术实现思路
所述任一技术特征的制备方法制得。本申请所述包覆改性的镍系多元正极材料的制备方法通过利用水泥类物质对镍系多元正极材料进行包覆和一定程度的掺杂，综合提升镍系多元正极材料的电化学性能并提升镍系多元正极材料的结构稳定性，具体的实现方式是：首先将一定量的水泥类物质加水陈化后形成浆料，并打磨到很小的粒径；然后采用初步包覆的方法将浆料初步包覆到镍系多元正极材料的表面；最后再通过高温烧结即可得到包覆改性的镍系多元正极材料，在这个过程中，镍系多元正极材料表面的水泥类物质中尺寸较小的Al、Si元素会一定程度上呈梯度掺杂进入到镍系多元正极材料的内部，尺寸较大的Ca元素和其他物质会在镍系多元正极材料表面产生一层包覆层，即最终制得包覆改性的镍系多元正极材料。本申请所述包覆改性的镍系多元正极材料及其制备方法具备以下有益效果：1)水泥类物质的包覆层均匀、致密且结构十分稳定，可以对正极材料形成良好的保护，提升正极材料长时间工作下的结构稳定性，并且其对正极材料的电化学性能的负面影响极小；2)水泥类物质中部分物质以梯度掺杂的方式进入正极材料的内部，可以对正极材料起到一定的调控作用，提升电池的循环性能和倍率性能；3)水泥类物质主要选用水泥，水泥为常见的基建原料，成本低且容易获得，因此本申请所述包覆改性的镍系多元正极材料制备成本较低，具备较好的经济效益。具体实施方式本申请提供了一种包覆改性的镍系多元正极材料及其制备方法，本申请所述方法采用水泥类物质对镍系多元正极材料同时进行包覆，需要说明的是，本申请所述水泥类物质为水泥和/或类水泥物质，具体为以氧化物、铝硅酸盐、硅酸盐或铝酸盐为主要成分的混合物中的一种或多种，并且富含多种不同尺寸的可掺杂元素，其中，主要成分指混合物存在上述物质的一种或者多种，并且所述一种或多种物质的质量至少占混合物质量的一半以上，即所述水泥类物质的特点是具备水泥的特性。虽然本申请所述方法中采用了包覆改性的描述，但实际上，在烧结过程中，包覆在镍系多元正极材料表面的水泥类物质中的诸如铝离子、硅原子等不同尺寸的元素会以梯度掺杂的方式进入到镍系多元正极材料内部并占据不同的晶格位置，可较为有效地改善镍锂混排的情况，调控镍系多元正极材料的电化学性能并增强材料结构稳定性；同时水泥类物质中较大尺寸的钙离子等物质还可以有效地包覆镍系多元正极材料的表面，在反应条件和用量得当的情况下，水泥类物质可以在镍系多元正极材料表面形成致密均一的保护层，有效地对正极材料进行保护，并且基本不影响正极材料的电化学性能。本申请所述包覆改性的镍系多元正极材料的制备方法，主要包括以下步骤：1)取水泥类物质加水混匀、陈化后再球磨或砂磨直至粒径到1.0微米以下得到浆料，所述浆料的固含量不超过70％，所述水泥类物质指以氧化物、铝硅酸盐、硅酸盐或铝酸盐为主要成分的混合物中的一种或多种，也就是常规水泥的主要成分，其中，主要成分指混合物存在上述物质的一种或者多种，并且所述一种或多种物质的质量至少占混合物质量的一半以上；2)取浆料对LiNixCoyM1-x-yO2正极材料进行初步包覆，得到附着有水泥类物质的镍系多元正极材料，此处的初步包覆指将浆料均匀地物理附着在镍系多元正极材料表面；另外，作为常规设置的，所述LiNixCoyM1-x-yO2正极材料中，0≤x＜1，0＜y≤1.0，并且x+y≤1，所述M为Mn、Al、Mg、Sn、Y或Cr中的一种或多种；3)将附着有水泥类物质的镍系多元正极材料经烧结得到包覆改性的高性能镍系多元正极材料，所述烧结过程中，烧结温度为400℃～700℃，烧结时间为30-600min，烧结气氛为空气气氛、富氧气氛或惰性气氛，其中富氧气氛指氧气含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包覆改性的镍系多元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)取水泥类物质加水混匀、陈化后再球磨或砂磨直至粒径到1.0微米以下得到浆料，所述浆料的固含量不超过70％；/n2)取浆料对镍系多元正极材料进行初步包覆，得到附着有水泥类物质的镍系多元正极材料，所述镍系多元正极材料为LiNi

【技术特征摘要】
1.一种包覆改性的镍系多元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取水泥类物质加水混匀、陈化后再球磨或砂磨直至粒径到1.0微米以下得到浆料，所述浆料的固含量不超过70％；
2)取浆料对镍系多元正极材料进行初步包覆，得到附着有水泥类物质的镍系多元正极材料，所述镍系多元正极材料为LiNixCoyM1-x-yO2；
3)将附着有水泥类物质的镍系多元正极材料经烧结得到包覆改性的高性能镍系多元正极材料，所述烧结过程中，烧结温度为400℃～900℃，烧结时间为30-600min。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述水泥类物质为以氧化物、铝硅酸盐、硅酸盐或铝酸盐为主要成分的混合物中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述M为Mn、Al、Mg、Sn、Y或Cr中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述LiNixCoyM1-x-yO2满足：0≤x＜1，0＜y≤1.0，并且x+y≤1。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，附着在镍系多元正极材料上的水泥类物质与镍系多元正极材料的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，周金伟，吴昊，陈显春，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51