一种包覆改性的富锂锰基正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种包覆改性的富锂锰基正极材料，具有以分子式Li

【技术实现步骤摘要】
一种包覆改性的富锂锰基正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，更具体地说，是涉及一种包覆改性的富锂锰基正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为商业化最成功的移动储能装置之一，具有工作电压高、能量密度高、使用寿命长以及环境友好等优点，在移动通讯、电子设备、电动工具、电动汽车等领域得到广泛的应用。
[0003]正极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一，通过对锂离子正极材料表面的包覆改性，可以改善正极材料的电导率、提高材料与电解液的相容性，从而提高了锂离子电池的首次库伦效率、倍率性能、循环性能。如公开号为CN103441252A的中国专利公开了一种纳米氧化物包覆锂离子电池富锂锰基正极材料的制备方法，将纳米金属氧化物和富锂锰基正极材料混合均匀，烘干后在400～1000℃恒温2～20h，得到纳米金属氧化物包覆富锂锰基正极材料；该方法降低了富锂正极材料首次不可逆容量，提高了材料的循环稳定性及倍率性能。如公开号为CN105932251A的中国专利公开了一种金属氧化物包覆锂离子正极材料的制备方法及应用，将纳米级金属粉末与正极材料球磨混合后，在所得混合物中加入水进行反应，得到表面包覆金属氢氧化物胶体的正极材料，然后在200～900℃高温下煅烧5～20h，得到表面形成一层致密均匀、稳定性好的金属氧化物包覆锂离子电池正极材料。如公开号为CN107068995A的中国专利公开了一种原位析出氧化物包覆锂离子电池正极材料、制备方法及其制备装置及应用，在氧化物正极材料前躯体制备过程中加入包覆材料的原材料，然后在高温热处理过程中，包覆材料在氧化物正极材料基体表面氧化分解并原位析出，对其进行包覆改性，得到氧化物包覆的氧化物复合正极材料；所述的热处理温度为600～1000℃，热处理的时间为5～48h。如公开号为CN109360969A的中国专利公开了一种氧化铝包覆锂离子电池正极材料、制备方法及其制备装置，将锂离子电池正极材料、溶剂、碳酸盐/碳酸氢盐以及铝盐混合，并超声反应，生成沉淀；将所述沉淀微波加热，得到产品；所述的烧结温度为700～1100℃，焙烧时间为0.5～5h。
[0004]上述技术方案中，包覆后的正极材料均需要在200～1000℃焙烧2～48h后得到所述的包覆型锂离子电池正极材料。以氧化铝作为包覆物为例，α
‑
Al2O3具有最优的导电性能和化学性质稳定性，是最佳的锂离子电池正极材料无机金属氧化物包覆层材料；但是含铝沉淀物、悬浊液、含铝氢氧化物、氧化铝在200～1000℃焙烧可以合成出α
‑
Al2O3、γ
‑
Al2O3、δ
‑
Al2O3、η
‑
Al2O3、θ
‑
Al2O3等晶型或者多种混合晶型的氧化铝，当焙烧温度大于1200℃焙烧可以完全合成出α
‑
Al2O3，所以上述专利技术中未能完全实现α
‑
Al2O3包覆的最优方案。以二氧化钛作为包覆物为例，金红石型二氧化钛具有最稳定的晶体结构，锐钛矿型二氧化钛在610℃开始转化为金红石型，板钛矿型二氧化钛在915℃完全转化为金红石型，所以当焙烧温度大于915℃焙烧可以完全合成出金红石型二氧化钛。因此上述技术方案中未能完全实现二氧化钛包覆的最优方案。
[0005]此外，锂离子电池正极材料在长时间高温焙烧过程中，会发生氧化锂和氧气的蒸发从而使富锂锰基正极材料表面的晶体结构从层状相向尖晶石相转变，导致材料比容量下降。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种包覆改性的富锂锰基正极材料及其制备方法，本专利技术提供的包覆改性的富锂锰基正极材料通过纳米氧化铝、纳米铝酸锂复合包覆，提高富锂锰基正极材料的循环性能和倍率性能。
[0007]本专利技术提供了一种包覆改性的富锂锰基正极材料，具有以分子式Li
1+a
Ni
x
Co
y
Mn
z
O2的化合物为基体、铝酸锂为次外层、氧化铝为外层的复合包覆结构；其中，0.1≤a≤0.5，0≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.9，a+x+y+z＝1。
[0008]优选的，所述铝酸锂为纳米晶体，晶体的尺寸为2nm～10nm，连续包覆在所述基体表面。
[0009]优选的，所述氧化铝为纳米晶体，晶体的尺寸为50nm～300nm，不连续的包覆在所述次外层表面。
[0010]本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的包覆改性的富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]a)将铝源和水配置成0.1mol/L～10mol/L的铝源溶液，将基体Li
1+a
Ni
x
Co
y
Mn
z
O2加入水中配置成悬浊液；
[0012]b)按照基体与铝元素的摩尔比为1：(0.0005～0.2)，将铝源溶液加入悬浊液中，浸渍1min～30min，搅拌1min～30min，过滤、干燥后得到中间体；
[0013]c)将中间体用气流输送至热处理装置中，用可燃气体燃烧加热中间体，可燃气体的压力为0.15MPa～2MPa，加热温度为1200℃～2500℃，加热时间为1s～300s，冷却后得到包覆改性的富锂锰基正极材料。
[0014]优选的，步骤a)中所述铝源为硝酸铝；所述铝源溶液的浓度为0.2mol/L～5mol/L。
[0015]优选的，步骤b)中所述基体与铝元素的摩尔比为1：(0.01～0.08)。
[0016]优选的，步骤b)中所述浸渍的时间为1min～20min，搅拌的时间为5min～30min。
[0017]优选的，步骤c)中所述可燃气体选自热值为20MJ/Nm3～180MJ/Nm3的可燃气体。
[0018]优选的，步骤c)中所述可燃气体的压力为0.15MPa～2MPa。
[0019]优选的，步骤c)中所述加热温度为1300℃～2200℃，加热时间为5s～100s。
[0020]本专利技术提供了一种包覆改性的富锂锰基正极材料，具有以分子式Li
1+a
Ni
x
Co
y
Mn
z
O2的化合物为基体、铝酸锂为次外层、氧化铝为外层的复合包覆结构；其中，0.1≤a≤0.5，0≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.9，a+x+y+z＝1。与现有技术相比，本专利技术提供的包覆改性的富锂锰基正极材料以上述特定通式的化合物为基体，通过纳米氧化铝、纳米铝酸锂复合包覆，获得化学性质稳定的复合包覆层，可以有效控制包覆层的厚度、提高包覆层的稳定性，并有效抑制高温焙烧时正极材料中氧化锂和氧气的蒸发，从而提高富锂锰基正极材料的循环性能和倍率性能。
[0021]同时，本专利技术提供的制备方法先配置铝源溶液和富锂锰基正极材料基体悬浊液，然后将铝源溶液加入悬浊液中搅拌，经过充分浸渍或液相沉淀、过滤、干燥后，得到中间体；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆改性的富锂锰基正极材料，其特征在于，具有以分子式Li
1+a
Ni
x
Co
y
Mn
z
O2的化合物为基体、铝酸锂为次外层、氧化铝为外层的复合包覆结构；其中，0.1≤a≤0.5，0≤x≤0.3，0≤y≤0.3，0≤z≤0.9，a+x+y+z＝1。2.根据权利要求1所述的包覆改性的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述铝酸锂为纳米晶体，晶体的尺寸为2nm～10nm，连续包覆在所述基体表面。3.根据权利要求1所述的包覆改性的富锂锰基正极材料，其特征在于，所述氧化铝为纳米晶体，晶体的尺寸为50nm～300nm，不连续的包覆在所述次外层表面。4.一种权利要求1所述的包覆改性的富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将铝源和水配置成0.1mol/L～10mol/L的铝源溶液，将基体Li
1+a
Ni
x
Co
y
Mn
z
O2加入水中配置成悬浊液；b)按照基体与铝元素的摩尔比为1：(0.0005～0.2)，将铝源...

【专利技术属性】
技术研发人员：余彦，赛喜雅勒图，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：