一种包覆改性的锂离子三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种包覆改性的锂离子单晶三元正极材料及其制备方法，将高导电性能的碳材料包覆在单晶三元正极材料表面，包括以下步骤：先将单晶三元正极材料与高导电性能的碳材料按照一定比例进行混合，经过溶剂蒸发诱导自组装包覆，烧结处理，得到包覆改性的单晶三元正极材料。本发明专利技术使用液态混合包覆的方式在基体表面形成导电网络用于对锂离子电池单晶正极材料改性，使得单晶三元正极材料的电化学性能明显改善。能明显改善。能明显改善。

【技术实现步骤摘要】
一种包覆改性的锂离子三元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池材料领域，具体涉及一种包覆改性的锂离子三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新补贴政策对高能量密度、高续航里程以及安全性能关注度提升及补贴退坡带来成本压力，各新能源车企加快替代原有体系动力电池，一是高镍低钴的三元动力电池，二是出于安全性考虑回归磷酸铁锂动力电池。现阶段动力电池市场主要集中在中镍低钴材料的开发，如三元613系列单晶、613系列二次球产品以及712系列单晶产品等，然而动力电池材料要求更高的能量密度、耐过充性能优良和长循环性能等。因此研究高电压、容量高、长循环稳定性好的中高镍单晶三元材料在锂离子电池中的实际应用具有十分重要的意义。
[0003]本专利技术通过对Li
c
Ni
a
Co
b
Mn
1-a-b
M
f
O2进行掺杂和包覆改性，通过一系列的制备方法，稳定材料的层状结构，抑制多次充放电过程中材料的相变，提供了一种高容量和长循环稳定的单晶正极材料。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种包覆改性的锂离子单晶三元正极材料及其制备方法，本专利技术提供的锂离子单晶三元正极材料一次颗粒小，圆润度好，径距窄，材料的导电性能好，由这种包覆改性的单晶三元正极材料制备得到的锂离子电池具有较高的容量和长循环稳定性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种包覆改性的锂离子三元正极材料，包括正极材料内核以及包覆于正极材料内核表面的包覆剂，所述包覆剂占比为正极材料内核总重量的0.5-5％；
[0007]所述正极材料内核的化学通式为Li
c
Ni
a
CobMn
1-a-b
M
f
O2，其中，0.9≤c≤1.2，0≤a≤1，0≤b≤1，a+b<1，0.01≤f≤0.10；M为掺杂元素；
[0008]所述包覆剂由含有碳源的溶液与模板剂混合得到，其中，碳源占比为模板剂重量的50-70％。
[0009]优选的，上述的包覆改性的锂离子三元正极材料为一次单晶粒子或一次单晶粒子凝聚成的二次粒子以及凝聚成的一次粒子混合存在。
[0010]优选的，所述掺杂元素为Zr、Ti、Mg、Zn、La、Y、B、V、Ca或Al中的任一种与其他金属元素的复合物或含有其的氧化物、氢氧化物、金属有机物、磷酸盐中的一种或多种的混合物。
[0011]更优选的，上述掺杂元素为含有Zr、Ti、Mg或Al的氧化物。
[0012]优选的，上述碳源为葡萄糖、聚丙烯腈、蔗糖、酚醛树脂中的一种或多种的混合物；
[0013]更优选的，上述碳源为酚醛树脂或聚丙烯腈。
[0014]优选的，上述溶液中的溶剂为去离子水、醇类、二甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯中的一
种或多种的混合物；
[0015]更优选的，上述溶液中的溶剂为乙醇或二甲基酰胺。
[0016]优选的，上述模板剂为聚苯乙烯胶晶模板、P123、F127中的一种或多种的混合物；
[0017]更优选的，上述模板剂为P123或F127。
[0018]上述的一种包覆改性的锂离子三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019](1)一次烧结：将锂源、单晶前驱体和掺杂元素按上述化学通式Li
c
Ni
a
Co
b
Mn
1-a-b
M
f
O2中的比例混料，然后放入炉中烧结，将烧结后的物料经过粉碎、过筛、除铁工序，得到一次烧结材料；
[0020](2)包覆烧结：将含有碳源的溶液和模板剂超声混合，得到包覆剂，将一次烧结材料放入含有溶剂的搅拌釜中搅拌混合均匀，抽滤，烘干，得到正极材料内核，将包覆剂加入到正极材料内核中，搅拌分散，得混合浆料，然后将混合浆料在50-70℃和真空条件下进行溶剂蒸发诱导自组装过程，得到初品，最后将初品进行烧结处理，得到所述包覆改性的锂离子。
[0021]优选的，步骤(1)中所述烧结的温度为800-950℃，时间为6-15h，烧结气氛为氧气体积占比30-70％的混合气氛或空气。
[0022]优选的，步骤(1)中所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、草酸锂中的一种或多种的混合物。
[0023]优选的，步骤(2)中所述搅拌釜中的溶剂为20-50wt％的乙醇水溶液或去离子水。
[0024]优选的，步骤(2)中所述超声混合，超声功率为35W，超声时间15min。
[0025]优选的，步骤(2)中所述对初品进行烧结具体包括：首先进行预氧化处理，预氧化温度为90-320℃，预氧化时间为1.5-3.5h，然后进行预碳化处理，预碳化温度为400-550℃，预碳化时间为1.5-3.5h，再进行碳化处理，碳化温度为550-800℃，碳化时间为1-3h。
[0026]优选的，上述预氧化气氛为氧气体积占比3-12％的空气氛围，预碳化和碳化的气氛为氮气或氩气氛围。
[0027]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028]在本专利技术中，单晶正极材料在一次烧结阶段通过元素掺杂减少阳离子混排现象，稳定了材料结构；对单晶正极材料表面处理后，利用溶剂蒸发自组装过程，完成对单晶三元正极材料的碳包覆改性，提高了电池材料的导电性能和循环性能；由这种正极材料制备得到的锂离子电池具有较高的使用电压、容量高、长循环性能好。
附图说明
[0029]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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0030]图1是本专利技术实施例1制备的改性锂离子电池单晶正极材料的SEM图；
[0031]图2是本专利技术实施例1制备的改性锂离子电池单晶三元正极材料的半电池的3.0～4.35V，0.1C下首次充放电曲线图；
[0032]图3是本专利技术实施例1制备的改性锂离子电池单晶三元正极材料的半电池的3.0～
4.35V，0.5C下，45℃循环容量保持率曲线图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]实施例1
[0035]包覆改性的单晶三元正极材料的制备：
[0036]一次烧结：将碳酸锂、单晶前驱体和掺杂Zr元素物质按照分子式Li
c
Ni
a...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆改性的锂离子三元正极材料，其特征在于，包括正极材料内核以及包覆于正极材料内核表面的包覆剂，所述包覆剂占正极材料内核总重量的0.5-5％；所述正极材料内核的化学通式为Li
c
Ni
a
Co
b
Mn
1-a-b
M
f
O2，其中，0.9≤c≤1.2，0≤a≤1，0≤b≤1，a+b<1，0.01≤f≤0.10；M为掺杂元素；所述包覆剂是由含有碳源的溶液与模板剂混合得到，其中，碳源占模板剂重量的50-70％。2.根据权利要求1所述的一种包覆改性的锂离子三元正极材料，其特征在于，所述所述掺杂元素为Zr、Ti、Mg、Zn、La、Y、B、V、Ca或Al中的任一种与其他金属元素的复合物或含有其的氧化物、氢氧化物、金属有机物、磷酸盐中的一种或多种的混合物。3.根据权利要求1所述的一种包覆改性的锂离子三元正极材料，其特征在于，所述碳源为葡萄糖、聚丙烯腈、蔗糖或酚醛树脂中的一种或多种的混合物。4.根据权利要求1所述的一种包覆改性的锂离子三元正极材料，其特征在于，所述含有碳源的溶液中的溶剂为去离子水、醇类、二甲基甲酰胺、碳酸乙烯酯中的一种或多种的混合物。5.根据权利要求1所述的一种包覆改性的锂离子三元正极材料，其特征在于，所述模板剂为聚苯乙烯胶晶模板、P123或F127中的一种或多种的混合物。6.如权利要求1-5任一所述的一种包覆改性的锂离子三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)一次烧结：将锂源、单晶前驱体和掺杂元素按权利要求1所述化学通式Li
c

【专利技术属性】
技术研发人员：潘家辉，田新勇，方胜庭，黄瑞波，柴海涛，郭楠，李文娟，高彦宾，
申请(专利权)人：陕西红马科技有限公司，
类型：发明
国别省市：