改性正极前驱体材料及制备方法、改性正极材料及制备方法、锂电池正极结构及锂电池结构技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种改性正极前驱体材料及制备方法、改性正极材料及制备方法、锂电池正极结构及锂电池结构。改性正极前驱体材料的制备方法包括如下步骤：提供待改性正极前驱体材料；利用原子层沉积技术在正极前驱体材料的表面沉积烧结助剂薄膜层以获得改性正极前驱体材料。沉积的烧结助剂薄膜层能均匀且紧密结合包覆在待改性正极前驱体材料的表面，在制备正极材料时具有更低的烧结温度，很好的降低了能量消耗；同时，将改性正极前驱体材料和锂源混合制备获得正极材料时，其结晶的晶粒粒径更小，排布密实，增强了正极材料的机械性能，同时也提高其在制备成电池结构时的充放电循环性能。构时的充放电循环性能。构时的充放电循环性能。

【技术实现步骤摘要】
改性正极前驱体材料及制备方法、改性正极材料及制备方法、锂电池正极结构及锂电池结构


[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种改性正极前驱体材料及制备方法、改性正极材料及制备方法、锂电池正极结构及锂电池结构。

技术介绍

[0002]锂离子电池现在广泛的应用于我们的日常生活中，像手机，新能源汽车和大规模储能装置都会用到锂离子电池。钴酸锂是目前最常用的层状氧化物正极材料，然而钴矿的储量只有镍矿的十分之一，并且价格是镍矿的数倍，所以发展高镍三元正极材料(LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2,LiNi
x
Co
y
Al
z
O2)、其他高镍二元材料(LiNi
x
Co
y
O2,LiNi
x
Mn
y
O2)、或者镍酸锂(LiNiO2)来替代钴酸锂是大势所趋。
[0003]在层状正极材料中，将纳米级的一次颗粒聚集形成微米级的二次颗粒，一次颗粒之间由晶界相连，这会提升材料的振实密度。在电池循环过程中，一次颗粒之间会形成晶间裂纹，这会导致二次颗粒破碎甚至粉化，降低电池循环稳定性。此外，在固相合成正极材料的过程中，层状正极材料因含镍量不同合成温度在650℃到1000℃之间，造成很大的能源消耗。因此，解决以上问题对高镍层状正极材料的商业化具有现实意义。

技术实现思路

[0004]为克服目前合成高镍正极材料的过程中能量消耗较高且合成出来的材料力学性能低、充放电循环性能差的问题，本专利技术提供一种改性正极前驱体材料及制备方法、改性正极材料及制备方法、锂电池正极结构及锂电池结构。
[0005]本专利技术为了解决上述技术问题，提供一技术方案如下：一种改性正极前驱体材料的制备方法，包括如下步骤：提供待改性正极前驱体材料；利用原子层沉积技术在所述正极前驱体材料的表面沉积烧结助剂薄膜层以获得改性正极前驱体材料。
[0006]优选地，所述待改性正极前驱体材料包括基于镍金属和其他过渡金属制备获得的正极前驱体材料或者将制备获得的正极前驱体材料经过至少一个预烧结处理阶段处理后的中间态正极前驱体材料。
[0007]优选地，所述待改性正极前驱体材料的通式如下：Ni
x
Co
y
M
z
(OH)2、其中M包括Mn、Al中的一种或者两种，x+y+z＝1；或者Ni
x
Co
y
(OH)2、Ni
x
Mn
y
(OH)2、其中x+y＝1；或者Ni(OH)2。
[0008]优选地，利用原子层沉积技术在所述待改性正极前驱体材料的表面沉积烧结助剂薄膜层以获得改性正极前驱体材料包括如下步骤：提供用于沉积所述烧结助剂薄膜层的沉积材料前驱体源；将待改性正极前驱体材料在预设温度范围下预热设定的时间；沉积预设厚度的烧结助剂薄膜层。
[0009]优选地，沉积预设厚度的烧结助剂薄膜层操作如下：沉积材料前驱体源包括至少两种，交替通入每种沉积材料前驱体源；通入完前一种沉积材料前驱体源到通过下一种之前至少进行一次清洗，以将多余的前一种沉积材料前驱体源清洗干净之后再次通入下一种
沉积材料前驱体源以继续沉积。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供一种改性正极前驱体材料，所述改性正极前驱体材料由如上所述的制备方法制备获得。
[0011]优选地，烧结助剂薄膜层包覆待改性正极前驱体材料的表面。
[0012]优选地，烧结助剂薄膜层的预设厚度尺寸范围是：1
‑
100nm，所述烧结助剂薄膜层中沉积原子层圈数为10
‑
300圈。
[0013]优选地，烧结助剂薄膜层包括一种或者多种金属氧化物。
[0014]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供一种改性正极材料的制备方法，包括如下步骤：提供待改性正极前驱体材料；利用原子层沉积技术在所述待改性正极前驱体材料的表面沉积烧结助剂薄膜层以获得改性正极前驱体材料；提供锂源；将改性正极前驱体材料和所述锂源在预设温度以及预设时间下烧结以获得改性正极材料。
[0015]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供一种改性正极材料，改性正极材料通过如上所述的改性正极材料的制备方法制备获得。
[0016]优选地，烧结助剂薄膜层的重量占所述改性正极材料总重量的0.06
‑
2.00％。
[0017]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供一种锂电池正极结构，所述锂电池正极结构包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极薄膜结构，所述正极薄膜结构由基于如上所述的改性正极材料制备获得的。
[0018]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供一种锂电池结构，所述锂电池结构包括如上所述的锂电池正极结构、电解质结构和负极结构，所述锂电池正极结构、电解质结构和负极结构依次叠加。
[0019]相对于现有技术，本专利技术所提供的技术方案，具有如下的有益效果：
[0020]1、利用原子层沉积技术在所述正极前驱体材料的表面沉积烧结助剂薄膜层获得的改性正极前驱体材料，烧结助剂薄膜层能均匀且紧密结合包覆在待改性正极前驱体材料的表面，在制备正极材料时具有更低的烧结温度，很好的降低了能量消耗；同时，将改性正极前驱体材料和锂源混合制备获得正极材料时，其结晶的晶粒粒径更小，排布密实，增强了正极材料的机械性能，同时也提高其在制备成电池结构时的充放电循环性能。
[0021]2、通常在制备获得成品的正极材料时需要将正极前驱体材料和锂源结合经过多个阶段的烧结方可获得，而多个阶段通常是基于烧结温度从低到高的方式进行，此时，在较低温度的烧结阶段下，其相对能量损耗没有那么严重，可以先进行较低温度范围下的烧结处理之后，再进行改性处理，能很好的提高制备改性正极前驱体材料的速度，也可以很好的保证质量。
[0022]3、通入惰性气体对前一种沉积材料前驱体源进行至少一次清洗，能很好的避免前一种沉积前驱体源的剩余消耗不必要的后一种沉积材料前驱体源，也很好的避免前一种沉积材料前驱体源反应的副产物影响后一种和前一种沉积材料前驱体源之间的相互反应。
[0023]4、烧结助剂薄膜层的预设厚度尺寸范围是：1
‑
100nm，所述烧结助剂薄膜层中沉积原子层圈数为10
‑
300圈，既不会影响制备获得的改性正极材料的导电性能，也获得很好的改性效果。
[0024]5、本专利技术提供的改性正极材料的制备方法、改性正极材料、锂电池正极结构和锂电池结构具有和上述同样的有益效果。
【附图说明】
[0025]图1是本专利技术第一实施例中提供的改性正极前驱体材料的制备方法的流程示意图；
[0026]图2是本专利技术第一实施例中提供的改性正极前驱体材料的制备方法中步骤S2的细节流程示意图；
[0027]图3是本专利技术第二实施例中提供的改性正极材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供待改性正极前驱体材料；利用原子层沉积技术在所述正极前驱体材料的表面沉积烧结助剂薄膜层以获得改性正极前驱体材料。2.如权利要求1所述的改性正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述待改性正极前驱体材料包括基于镍金属和其他过渡金属制备获得的正极前驱体材料或者将制备获得的正极前驱体材料经过至少一个预烧结处理阶段处理后的中间态正极前驱体材料。3.如权利要求1所述的改性正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，所述待改性正极前驱体材料的通式如下：Ni
x
Co
y
M
z
(OH)2、其中M包括Mn、Al中的一种或者两种，x+y+z＝1；或者Ni
x
Co
y
(OH)2、Ni
x
Mn
y
(OH)2、其中x+y＝1；或者Ni(OH)2。4.如权利要求1所述的改性正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，利用原子层沉积技术在所述待改性正极前驱体材料的表面沉积烧结助剂薄膜层以获得改性正极前驱体材料包括如下步骤：提供用于沉积所述烧结助剂薄膜层的沉积材料前驱体源；将待改性正极前驱体材料在预设温度范围下预热设定的时间；沉积预设厚度的烧结助剂薄膜层。5.如权利要求4所述的改性正极前驱体材料的制备方法，其特征在于，沉积预设厚度的烧结助剂薄膜层操作如下：沉积材料前驱体源包括至少两种，交替通入每种沉积材料前驱体源；通入完前一种沉积材料前驱体源到通过下一种之前进行至少一次清洗，以将多余的前一种沉积材料前驱体源清洗干净之后再次通入下一种沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢琎，蔡鑫璨，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：