一种高稳定性三元正极材料的制备方法、三元正极材料及锂离子电池技术

技术编号:33792861 阅读:18 留言:0更新日期:2022-06-12 14:50
本发明专利技术公开一种高稳定性三元正极材料的制备方法、三元正极材料及锂离子电池;制备方法为:将三元正极材料放入等离子体发生器内,然后将等离子体发生器腔体抽真空,然后通入氟化硼干燥气体,将容器中的三元正极材料吹至悬浮状态,同时开启等离子体发生器产生等离子体轰击三元正极材料;轰击一段时间停止通气并将气体抽出,静置后得高稳定三元正极材料;正极材料采用所述制备方法制得;锂离子电池包括通过所述制备方法得到的所述高稳定性三元正极材料;本发明专利技术的材料不被电解液中的HF腐蚀,减少容量衰减,提高材料的循环性能,同时可形成均匀的LiBO2包覆层,增强其界面的离子电导率。增强其界面的离子电导率。增强其界面的离子电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性三元正极材料的制备方法、三元正极材料及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
,特别涉及一种高稳定性三元正极材料的制备方法、三元正极材料及锂离子电池。

技术介绍

[0002]能源危机和能源安全是当前世界各国面临的严峻考验,改善能源结构,实现能源多元化是国家发展的必然选择。锂离子电池由于其具有高电压、高比能量、循环性能好、环境污染小等优势,目前已成为各国新能源产业发展的一个重点方向。而锂离子正极材料是锂离子电池的重要组成部分,也是锂离子电池性能的关键点。
[0003]镍钴锰(NCM)三元正极材料,它是一种综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂性能的材料。NCM三元正极材料具有高比容量、长循环寿命、低毒和廉价等特点,NCM三种元素之间具有良好的协同效应,是目前应用最广泛的材料。目前三元正极材料存在的问题也比较突出,在充放电过程中会有部分氧脱出,材料表面形成不可逆的盐岩相NiO,可逆容量衰减;在高电压条件下,材料表面和电解液副反应加剧,导致材料结构发生相变,降低了电池的循环稳定性和安全性能,不利于三元材料在动力电池方向发展。
[0004]为了改善三元正极材料的循环稳定性能,一般存在几种改性方法:合成工艺优化、掺杂、包覆,尤其掺杂包覆改性尤为重要。目前掺杂多采用固相高温烧结掺杂,此工艺掺杂不均匀,可控性差。包覆则为固相与液相包覆,固相包覆法所获得的包覆层均匀性较差,包覆层与基体之间的结合力较弱,在循环过程中由于正极材料的各向异性体积膨胀导致包覆层出现破裂,继续导致材料恶化,影响材料循环性能。液相法大多采用水作为溶剂,三元正极材料过水后会造成锂流失,最终导致材料容量下降。基于上树的三元正极材料的不足,本专利技术提供一种高稳定性三元正极材料的制备方法、三元正极材料及锂离子电池。

技术实现思路

[0005]专利技术的目的在于提供一种高稳定性三元正极材料的制备方法、三元正极材料及锂离子电池,解决了目前掺杂包覆的问题。
[0006]本专利技术是这样实现的,一种所述高稳定性三元正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0007]S1:将三元正极材料放入等离子体发生器内,然后将所述等离子体发生器腔体抽真空;
[0008]S2:向所述等离子体发生器内通入干燥气体,将容器中的三元正极材料吹至悬浮状态,同时开启等离子体发生器,调节功率产生等离子体轰击三元正极材料;所述干燥气体为氟化硼;
[0009]S3:等离子体轰击所述三元正极材料一段时间后,停止通气,并将气体抽出,静置后即可获得所述高稳定三元正极材料。
[0010]本专利技术提供一种高稳定性三元正极材料的制备方法,由于F

的电负性大于O2‑
,三元正极材料表面形成更稳定的Li

F键,过渡金属M

F键,提高了材料表面的结构稳定性,保护材料不被电解液中的HF腐蚀,减少容量衰减,提高材料的循环性能,同时B
3+
与三元正极材料表面的残锂形成均匀的LiBO2包覆层,增强其界面的离子电导率,在三元正极材料表面通过气

固反应方式同时实现掺杂包覆,提高了材料表面的结构稳定性,保护材料不被电解液中的HF腐蚀,减少容量衰减,提高材料的循环性能,增强了材料界面的离子电导率。
[0011]作为优选,所述步骤S1将三元正极材料放置于单向封口的石英管中,将石英管放入等离子体发生器腔体内并固定,石英管开口朝外,打开真空泵,将等离子体发生器腔体抽至真空,真空度为0~

0.1Mpa。
[0012]作为优选,所述步骤S1中所述三元正极材料的化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2,其中,0.3<x<0.95,0.05<y<0.35,0.05<x<0.35,x+y+z=1。
[0013]作为优选,所述步骤S1中的所述容器为单向封口的石英管。
[0014]作为优选,所述步骤S2中干燥气体的通入速度为5~20L/Min,等离子体轰击三元正极材料的时间为5~40分钟。
[0015]作为优选,所述步骤S3中等离子体发生器的功率为100~300W。
[0016]作为优选,所述步骤S3静置1~15分钟后即可获得所述高稳定三元正极材料。
[0017]本专利技术另一技术方案:一种高稳定性三元正极材料,所述高稳定性三元正极材料采用所述的制备方法制得。
[0018]作为优选,所述高稳定性三元正极材料为表面F离子掺杂且LiBO2包覆的三元正极材料。
[0019]本专利技术另一技术方案:一种锂离子电池,所述锂离子电池包括通过所述制备方法得到的高稳定性三元正极材料。
[0020]本专利技术的有益效果:本专利技术制备方法得到的高稳定三元正极材料中的表面的Li

F键,过渡金属M

F键,提高了材料表面的结构稳定性,保护材料不被电解液中的HF腐蚀,减少容量衰减,提高材料的循环性能,同时B
3+
与三元正极材料表面的残锂形成均匀的LiBO2包覆层,增强其界面的离子电导率;
[0021]采用等离子表面处理通入气态BF3轰击三元正极材料,在气态BF3等离子体气氛中对三元正极材料进行表面处理,可以在三元正极材料表面进行F

掺杂,由F

的电负性大于O2‑
,三元正极材料表面形成更稳定的Li

F键,过渡金属M

F键,提高了材料表面的结构稳定性,保护材料不被电解液中的HF腐蚀,减少容量衰减,提高材料的循环性能,同时B
3+
与三元正极材料表面的残锂形成均匀的LiBO2包覆层,增强其界面的离子电导率,通过等离子体的轰击时间可有效的调控掺杂深度与包覆层厚度;
[0022]使用本专利技术中记载的制备方法制备得到的高稳定性三元正极材料循环稳定性能和倍率性能都得到了明显改善。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中实施例1获得的高稳定性的三元正极材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0024]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0025]实施例1:
[0026]一种高稳定性三元正极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
[0027]S1、将80g三元正极材料LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2放置于单向封口的石英管中,将石英管放入等离子体发生器腔体内并固定,石英管开口朝外,打开真空泵,将等离子体发生器腔体抽至真空度为0Mpa;
[0028]S2、向等离子体发生器腔体持续通入干燥气体BF3,本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性三元正极材料的制备方法,其特征在于:所述制备方法包括以下步骤:S1:将三元正极材料放入等离子体发生器内,然后将所述等离子体发生器腔体抽真空;S2:向所述等离子体发生器内通入干燥气体,将容器中的三元正极材料吹至悬浮状态,同时开启等离子体发生器,调节功率产生等离子体轰击三元正极材料;所述干燥气体为氟化硼;S3:等离子体轰击所述三元正极材料一段时间后,停止通气,并将气体抽出,静置后即可获得所述高稳定三元正极材料。2.根据权利要求1所述的一种高稳定性三元正极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤S1中的真空度为0~

0.1Mpa。3.根据权利要求1所述的一种高稳定性三元正极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤S1中所述三元正极材料的化学式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2,其中,0.3<x<0.95,0.05<y<0.35,0.05<x<0.35,x+y+z=1。4.根据权利要求1所述的一种高稳定性三元正极材料的制备方法,其特征在于:...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈敏邓多刘双祎唐泽勋商士波尹烨吴斌
申请(专利权)人:湖南桑瑞新材料有限公司
类型:发明
国别省市:

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