一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料及其制备方法技术

本申请涉及锂离子电池的技术领域，具体公开了一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料，所述正极材料的通式如式I所示：zMn3(PO4)2/LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料及其制备方法


[0001]本申请涉及锂离子电池的
，更具体地说，它涉及一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种二次电池，即充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池目前已经被广泛的应用于电子数码产品、电动汽车、电动自行车等领域，其中，镍钴锰酸锂正极材料具有能量密度高、循环效率好等优点，是目前乘用车锂离子电池使用最多的正极材料。
[0003]随着对电动汽车的支持，电动汽车得到了广大的普及，受到正极材料的影响，现有523比例的镍钴锰酸锂正极材料已经不能满足电动汽车的里程需求，各电池厂推出了811比例的镍钴锰正极材料的电池，并将其逐步应用到了乘用车上，但随着镍钴锰酸锂正极材料中镍元素含量的增加，会使材料的稳定性降低，使电动车的使用寿命降低，同时增加了安全方面的风险。
[0004]相关技术中，常规的解决办法是对镍钴锰酸锂正极材料进行掺杂和包覆金属氧化物或金属快离子导体来改善正极材料的稳定性，减小锂离子电池使用中的副反应，同时提高其使用寿命，降低安全风险，但此方法会导致镍离子和锂离子混排，使材料表面产生残留锂，从而增加了锂离子电池中的副反应，降低了电池的使用寿命。

技术实现思路

[0005]为了改善镍离子和锂离子混排，使材料表面产生残留锂，从而增加了锂离子电池中的副反应，降低了电池的使用寿命的问题，本申请提供一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料及其制备方法。
[0006]本申请提供的一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料及其制备方法采用如下的技术方案：第一方面，本申请提供一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料，采用如下的技术方案：一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料，所述正极材料的通式如式I所示：zMn3(PO4)2/LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2；所述式I中：0.3≤x≤0.8,0.1≤y≤0.3,0≤z≤0.1。
[0007]通过采用上述技术方案，本申请中使用高锰酸钾可以将三元正极材料表面的Ni
2+
氧化成Ni
3+
,减少了三元正极材料表面的Ni
2+
,降低材料中的Ni
2+
/Li
+
的混排；同时在材料表面均匀的包覆了一层磷酸锰，能够有效地减少三元正极材料在电池中与电解液的副反应，不仅提升了电池的安全性能，同时还维护了三元正极材料的表面层状结构，使电池的循环性能更好。
[0008]第二方面，本申请提供一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：S1、三元正极材料包覆基体的制备：将三元前驱体Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
（OH）2与锂盐加入球磨机中，并加入三元前驱体和锂盐总质量同等质量的锆球或聚氨酯球，混合球磨4
‑
8h后，烧结得到三元正极材料包覆基体；S2、溶液A的制备：将三元正极材料包覆基体和水按质量比1:（1
‑
6）加入到搅拌罐中搅拌0.5
‑
3h，得到溶液A；S3、溶液B的制备：将高锰酸钾和水按质量比1:（1
‑
5）加入到搅拌罐中搅拌0.5
‑
3h，得到溶液B；S4、溶液C的制备：将步骤S3溶液B缓慢的加入到步骤S2的溶液A中搅拌0.5
‑
5h，得到溶液C；S5、初始包覆三元正极材料的制备：取磷酸稀溶液缓慢地加入到步骤S4的溶液C中，直至溶液的pH≤11，经抽滤脱水，取滤饼得到初始包覆三元正极材料；S6、均匀包覆磷酸锰的三元正极材料的制备：将步骤S5的初始包覆三元正极材料于80
‑
150℃下烘干后，在250
‑
600℃下烧结4
‑
8h，得均匀包覆磷酸锰的三元正极材料。
[0009]通过采用上述技术方案，首先通过步骤S1，使三元前驱体与锂盐结合，得到三元正极材料包覆基体。随后通过步骤S2，将三元正极材料包覆基体分散于水中得到溶液A，通过步骤S3，将高锰酸钾分散于水中，得到高锰酸钾溶液，即溶液B。再通过步骤S4，使溶液B和溶液A混合，实现高锰酸钾将三元正极材料包覆基体表面的Ni
2+
氧化成Ni
3+
，得到溶液C。最后通过步骤S5和S6，实现在三元正极材料包覆基体表面均匀地包覆了一层磷酸锰，得以有效地减少三元正极材料在电池中与电解液的副反应，不仅提升了电池的安全性能，同时还维护了三元正极材料的表面层状结构，使电池的循环性能更好。操作简单，应用广泛。
[0010]优选的，所述三元前驱体Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
（OH）2中0.3≤x≤0.8，0.1≤y≤0.3。
[0011]通过采用上述技术方案，可能通过在该范围下调节x和y的比例，从而通过三元前驱体制备得到目标三元正极材料，使得目标三元正极材料具有较好的性能。
[0012]优选的，所述锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂中的一种或多种。
[0013]通过采用上述技术方案，首先，碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂制备方法众多且应用广泛，便于获取。碳酸锂具有良好的光电性能，氢氧化锂在烧结温度、产品性能方面则具有较大的优势，醋酸锂则具有较高的安全性和稳定性。
[0014]优选的，所述步骤S1中三元前驱体与锂盐的摩尔比为1:（1.03
‑
1.12）；烧结温度为700
‑
1000℃，烧结时间为8
‑
16h。
[0015]通过采用上述技术方案，在上述三元前驱体与锂盐的摩尔比下，三元前驱体能够与锂盐发生较好的反应，形成良好的结合。该范围的烧结温度和时间下，能够形成气孔较小、收缩较大、较为致密的三元正极材料包覆基体，从而提高最终的三元正极材料性能的优良性。
[0016]优选的，所述三元正极材料包覆基体包括单晶型和多晶型中任意一种，其中单晶型的D50为3
‑
7μm，多晶型的D50为8
‑
12μm。
[0017]通过采用上述技术方案，在该D50范围下的单晶型和多晶型三元正极材料包覆基
体，具有良好的分散性，不易发生团聚，从而提高最终形成的包覆磷酸锰的三元正极材料的均一性和稳定性。
[0018]优选的，所述高锰酸钾中锰元素的含量与三元正极材料包覆基体中金属总含量的摩尔比为（0.01
‑
0.2）:1。
[0019]通过采用上述技术方案，高锰酸钾能够较好地将三元正极材料表面的Ni...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料，其特征在于：所述正极材料的通式如式I所示：zMn3(PO4)2/LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2；所述式I中：0.3≤x≤0.8,0.1≤y≤0.3,0≤z≤0.1。2.根据权利要求1所述的一种均匀包覆磷酸锰的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、三元正极材料包覆基体的制备：将三元前驱体Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
（OH）2与锂盐加入球磨机中，并加入三元前驱体和锂盐总质量同等质量的锆球或聚氨酯球，混合球磨4
‑
8h后，烧结得到三元正极材料包覆基体；S2、溶液A的制备：将三元正极材料包覆基体和水按质量比1:（1
‑
6）加入到搅拌罐中搅拌0.5
‑
3h，得到溶液A；S3、溶液B的制备：将高锰酸钾和水按质量比1:（1
‑
5）加入到搅拌罐中搅拌0.5
‑
3h，得到溶液B；S4、溶液C的制备：将步骤S3溶液B缓慢的加入到步骤S2的溶液A中搅拌0.5
‑
5h，得到溶液C；S5、初始包覆三元正极材料的制备：取磷酸稀溶液缓慢地加入到步骤S4的溶液C中，直至溶液的pH≤11，经抽滤脱水，取滤饼得到初始包覆三元正极材料；S6、均匀包覆磷酸锰的三元正极材料的制备：将步骤S5的初始包覆三元正极材料于80
‑
15...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽媛，同小博，席小兵，石俊峰，
申请(专利权)人：常州锂源新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：