一种正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的正极材料的制备方法，包括如下步骤：将镍锰酸锂正极材料、硅烷偶联剂、有机溶剂和水进行混合，加热搅拌，得到硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂；将硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂进行煅烧，得到所述正极材料。本发明专利技术提供的制备方法制备的正极材料能够将镍锰酸锂与电解液接触面大大降低，从而使得镍锰酸锂电池在高温高压下大大降低了副反应的发生，提高了电池在高温高压苛刻条件下的循环性能。电池在高温高压苛刻条件下的循环性能。电池在高温高压苛刻条件下的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电动汽车行业的发展，车企对电池企业的要求也日益增高，高比能量、长寿命、低成本的正极材料及其电池被迫切需要。其中锂离子电池以其工作电压高、比能量大、循环寿命长、污染小等优势受到电池企业的青睐。
[0003]目前普遍使用的锂离子电池正极材料分别是钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂以及高电压镍锰酸锂等。由于钴价格昂贵，且钴酸锂、镍钴锰酸锂用于动力电池的安全隐患较大。因此，相对于含钴正极材料，镍锰酸锂是锂离子动力电池较为理想的正极材料，但镍锰酸锂材料不同于其它正极材料，其放电电压平台高达4.7V，在高压高温条件下循环性能不理想。
[0004]为了改善镍锰酸锂材料在高温高压条件下循环性能，目前主要有掺杂和包覆两种方法，其中掺杂方法是制备镍锰酸锂的过程中掺杂一些金属元素，来提高镍锰酸锂的导电性和结构稳定性；包覆法一般将金属氧化物或无机氧化物直接与镍锰酸锂混合，为固相混合包覆方法，此方法得到的包覆表面呈现颗粒点缀的形态，镍锰酸锂的表面仍会大面积与电解液接触，高温高压条件下与电解液仍会发生大量副反应，产气严重，循环性能较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的问题是克服采用现有包覆方法对镍锰酸锂进行包覆，难以隔绝电解液以及难以防止高温高压下副反应的发生，进而限制了镍锰酸锂材料高温高压条件下的循环性能的缺陷，进而提供一种正极材料及其制备方法和应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)将镍锰酸锂正极材料、硅烷偶联剂、有机溶剂和水进行混合，加热搅拌，得到硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂；
[0009]2)将硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂进行煅烧，得到所述正极材料。
[0010]优选的，所述镍锰酸锂正极材料、硅烷偶联剂、有机溶剂和水的质量比为100：(5
‑
7)：(750
‑
850)：(1
‑
1.5)。
[0011]优选的，所述硅烷偶联剂选自KH570、KH560和KH550中的至少一种；
[0012]所述有机溶剂为四氯化碳。
[0013]其中，KH570为γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，分子式为C
10
H
20
O5Si；KH560为γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；KH550为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷。在本专利技术中以KH570为例，KH570(R
‑
Si
‑
(OCH3)3)水解之后形成硅氧烷(R
‑
Si
‑
(OH)3)和CH3OH，硅氧烷中的碳链R通过相似相溶原理，溶解在有机溶剂中，
‑
OH羟基则吸附在镍锰酸锂表面，形成包裹状态，可得到硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂。
[0014]优选的，步骤1)中所述加热搅拌温度为70
‑
90℃，加热搅拌时间为3
‑
6h；
[0015]步骤2)中所述煅烧温度为700
‑
750℃，煅烧时间为3
‑
5h，所述煅烧步骤在空气氛围下进行。
[0016]优选的，步骤1)中将镍锰酸锂正极材料和有机溶剂混合，然后加入硅烷偶联剂和水，加热搅拌，得到硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂。
[0017]本专利技术中步骤1)中不加入碱液，所述碱液包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾等无机碱，胺类等有机碱。
[0018]优选的，步骤1)中加热搅拌结束后还包括对反应液进行过滤、干燥的步骤，优选的，所述干燥步骤为真空干燥，所述真空干燥温度为50
‑
70℃，真空干燥时间为20
‑
40h；
[0019]所述正极材料的内核为镍锰酸锂正极材料，内核表面包覆有二氧化硅层；
[0020]所述镍锰酸锂正极材料为尖晶石型镍锰酸锂正极材料。
[0021]优选的，所述镍锰酸锂正极材料的制备方法包括如下步骤：
[0022]将锰源、镍源和锂源进行混合，然后将混合后的物料进行煅烧，得到所述镍锰酸锂正极材料。
[0023]优选的，所述锰源为四氧化三锰，所述镍源为氧化镍，所述锂源为碳酸锂；
[0024]所述混合后的物料中金属原子Li、Ni和Mn的摩尔比为(1.01
‑
1.05):(0.4
‑
0.475):(1.525
‑
1.6)；可以理解的是锰源、镍源和锂源的加入量分别以Li、Ni和Mn计的原子摩尔比为(1.01
‑
1.05):(0.4
‑
0.475):(1.525
‑
1.6)；
[0025]所述镍锰酸锂正极材料的制备方法中，煅烧温度为800℃
‑
950℃，保温时间为10h
‑
12h，所述煅烧步骤在空气气氛下进行，空气的通入流量为18
‑
22L/min；
[0026]所述锰源的粒径D50为2
‑
4um，所述镍源的粒径D50为8
‑
10um，所述锂源的粒径D50为8
‑
10um。
[0027]优选的，在镍锰酸锂正极材料的制备方法中将锰源、镍源和锂源在1500
‑
2500转/min搅拌10
‑
30min进行混合；所述煅烧步骤中升温速率为2℃/min
‑
4℃/min。
[0028]本专利技术还提供一种电池正极，包括上述所述制备方法制备得到的正极材料。
[0029]本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池的正极为上述所述的电池正极。
[0030]本专利技术的有益效果：
[0031]1、本专利技术提供的正极材料的制备方法，首先将镍锰酸锂正极材料、硅烷偶联剂、有机溶剂和水进行混合，加热搅拌，得到硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂，然后对其进行烧结，得到二氧化硅包覆的镍锰酸锂。本专利技术以有机溶剂和水作为溶剂，制备过程中不加入碱液，通过加热搅拌，在高温条件硅烷偶联剂吸附在无机材料的表面形成一种分子层面的硅烷偶联剂包覆，煅烧之后会在镍锰酸锂表面形成一层均匀且致密的SiO2包覆膜，这层包覆膜能够将镍锰酸锂与电解液接触面大大降低，从而使得镍锰酸锂电池在高温高压下大大降低了副反应的发生，提高了电池在高温高压苛刻条件下的循环性能。同时该SiO2包覆膜还能高效的进行锂离子传导提高电池的容量和倍率性能，SiO2层还能与电解液中产生的氢氟酸HF反应，防止HF刻蚀镍锰酸锂电极材料表面。
[0032]本专利技术提供的制备方法获得的二氧化硅包覆镍锰酸锂材料，相对于现有固相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将镍锰酸锂正极材料、硅烷偶联剂、有机溶剂和水进行混合，加热搅拌，得到硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂；2)将硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂进行煅烧，得到所述正极材料。2.根据权利要求1所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍锰酸锂正极材料、硅烷偶联剂、有机溶剂和水的质量比为100：(5
‑
7)：(750
‑
850)：(1
‑
1.5)。3.根据权利要求1或2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自KH570、KH560和KH550中的至少一种；所述有机溶剂为四氯化碳。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述加热搅拌温度为70
‑
90℃，加热搅拌时间为3
‑
6h；步骤2)中所述煅烧温度为700
‑
750℃，煅烧时间为3
‑
5h，所述煅烧步骤在空气氛围下进行。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中将镍锰酸锂正极材料和有机溶剂混合，然后加入硅烷偶联剂和水，加热搅拌，得到硅烷偶联剂水解产物包覆的镍锰酸锂。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中加热搅拌结束后还包括对反应液进行过滤、干燥的步骤，优选的，所述干燥步骤为真空干燥，所述真空干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚州，张树涛，李子郯，王壮，白艳，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：