一种长寿命的正极材料、其制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种长寿命的正极材料，包括高镍三元正极材料和包覆在所述高镍正极材料表面的包覆层；所述包覆层包括Al2O3和LiF。本发明专利技术通过湿法共沉淀在高镍三元表面包覆了一层致密的Al2O3和LiF，提升了三元材料的安全性和稳定性，同时提升了电池的倍率性能和平均放电电压，降低了材料的高温存储产气，使得此材料构成的电池实用性更强、能量密度更高，能量转化效率更高。本发明专利技术还提供了一种长寿命的正极材料的制备方法和锂离子电池。材料的制备方法和锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种长寿命的正极材料、其制备方法及锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电极
，尤其涉及一种长寿命的正极材料、其制备方法及锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着人们对电动汽车续航里程要求越来越高，正极材料的高比能量越来越受到大家的重要，目前主要通过提高镍的含量来提升克容量，如镍含量提升至80％摩尔比时其克容量可达200mAh/g，镍含量提升至90％摩尔比其克容量可达218mAh/g。但随着镍含量的提升，正极材料在充放电过程中形变量更大，导致材料在短时间内出现裂纹，出现循环失效的情况。
[0003]镍含量的提升导致材料的离子阻抗增加，材料的平均电压变低，能效比变差，特别是镍含量的提升，材料的比能量提升安全性降低，现有解决方案是在材料的表面包覆一层纳米颗粒防止材料在循环过程中过度脱离破坏材料结构，但即使是纳米颗粒，其尺寸也在几百纳米级别，包覆时不能完全覆盖，呈现点状包覆，部分材料裸露在包覆层外，循环过程中依然会存在衰减快的情况，如果包覆完全，则包覆层过厚导致其表面阻抗增加，倍率性能变差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种长寿命的正极材料、其制备方法及锂离子电池，本专利技术中的正极材料能够提升电池的高安全性、寿命和倍率性能，且在电池中有高能效比、高放电平台的高镍二次球材料，能够解决现阶段存在的寿命低、产气低、能效比低、放电平台低的问题。
[0005]本专利技术提供一种长寿命的正极材料，包括高镍三元正极材料和包覆在所述高镍三元正极材料表面的包覆层；
[0006]所述包覆层包括Al2O3和LiF。
[0007]优选的，所述高镍三元正极材料的分子式如式I所示：
[0008]LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2式I；
[0009]其中0.5≤a＜1，0＜b＜0.5，0＜c＜0.2，a+b+c＝1。
[0010]优选的，所述包覆层中Al2O3和LiF的质量比为(0.1～2)：1。
[0011]优选的，所述正极材料的比表面积为0.2～1.0m2/g，Li2CO3含量≤3000ppm，LiOH含量≤5000ppm，Free Li
+
含量≤2000ppm。
[0012]本专利技术提供如上文所述的长寿命的正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]A)将前驱体与锂源混合均匀，过筛后得到混合原料；
[0014]B)在含氧氛围下，将所述混合原料升温至300～500℃，保温2～10小时，进行一段烧结；然后再升温至500～600℃，保温1～2小时，进行二段烧结；最后升温至700～800℃，保温1～20小时，进行三段烧结，三段烧结完成后随炉冷却至室温；
[0015]C)将三段烧结得到的材料与LiAlO2水溶液混合均匀，然后加入HF水溶液，搅拌至反应完全；
[0016]D)将所述步骤C)反应完全得到的体系进行固液分离和干燥，得到中间体；
[0017]E)将所述中间体在200～350℃下烧结1～15小时，得到长寿命的正极材料。
[0018]优选的，所述前驱体为Ni
a
Co
b
Mn
c
(OH)2；0.5≤a＜1，0＜b＜0.5，0＜c＜0.2，且a+b+c＝1；
[0019]所述锂源为LiOH、Li2CO3、LiNO3和CH3COOLi中的一种或几种；
[0020]所述前驱体与锂源的摩尔比为1：(0.8～1.2)。
[0021]优选的，所述步骤B)中含氧气氛中，氧气的浓度为85～100％。
[0022]优选的，所述三段烧结得到的材料与LiAlO2水溶液的质量比为1：(0.5～10)；
[0023]所述三段烧结得到的材料与HF水溶液的质量比为1：(0.5～10)。
[0024]优选的，所述步骤D)中干燥的温度为20～500℃。
[0025]本专利技术提供一种锂离子电池，其特征在于，包括上文所述的长寿命的正极材料。
[0026]本专利技术提供一种长寿命的正极材料，包括高镍三元正极材料和包覆在所述高镍三元正极材料表面的包覆层；所述包覆层包括Al2O3和LiF。本专利技术通过湿法共沉淀在高镍三元正极材料表面包覆了一层致密的Al2O3和LiF，提升了三元材料的安全性和稳定性，同时提升了电池的倍率性能和平均放电电压，降低了材料的高温存储产气，使得此材料构成的电池实用性更强、能量密度更高，能量转化效率更高。使用本专利技术中的材料构成的2430扣式电池具有90％以上的首次库伦效率((首次放电容量/首次充电容量)*100％)，200mAh/g以上的克容量发挥；组装成800mAh软包电池0.2C充放电具有3.65V以上的平均电压(放电能量/放电容量)、45℃条件下300周循环容量保持率在94％以上((300周放电容量/第一周放电容量)*100％)，和85％以上的能效比((放电能量
÷
充电能量)*100％)。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例和对比例中的锂离子电池在45℃下的循环曲线图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种长寿命的正极材料，包括高镍三元正极材料和包覆在所述高镍三元正极材料表面的包覆层；
[0030]所述包覆层包括Al2O3和LiF。
[0031]在本专利技术中，所述高镍三元正极材料具有式I所示化学式：
[0032]LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2式I；
[0033]其中，0.5≤a＜1，优选的，0.6≤a≤0.9，如a为0.83；0＜b＜0.5，优选的，0.1≤b≤0.2，如b为0.12；0＜c＜0.2，优选的，0.05≤c≤0.1，如c为0.05；a+b+c＝1。
[0034]在本专利技术中，所述高镍三元正极材料与包覆层的质量比优选为(100～1000)：1，优
选为(300～800)：1，如100:1，200:1，300:1，400:1，500:1，600:1，700:1，800:1，900:1，1000:1，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。所述包覆层的厚度优选为10～500nm。
[0035]所述包覆层包括Al2O3和LiF，是LiAlO2和HF在水溶液中反应共沉淀在所述高镍三元正极材料表面形成的包覆层，由于Al2O3和LiF湿法共沉淀包覆，使得LiF表面大部分被Al2O3包裹，LiF能够在正极表面稳定存在，正极的表面更加稳定。所述Al2O3和LiF的质量比为(0.1～2)：1，更优选为(0.5～1.5)：1，如0.1:1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长寿命的正极材料，包括高镍三元正极材料和包覆在所述高镍三元正极材料表面的包覆层；所述包覆层包括Al2O3和LiF。2.根据权利要求1所述的长寿命的正极材料，其特征在于，所述高镍三元正极材料的分子式如式I所示：LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2ꢀꢀꢀꢀ
式I；其中0.5≤a＜1，0＜b＜0.5，0＜c＜0.2，a+b+c＝1。3.根据权利要求1所述的长寿命的正极材料，其特征在于，所述包覆层中Al2O3和LiF的质量比为(0.1～2)：1。4.根据权利要求1所述的长寿命的正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积为0.2～1.0m2/g，Li2CO3含量≤3000ppm，LiOH含量≤5000ppm，Free Li
+
含量≤2000ppm。5.如权利要求1所述的长寿命的正极材料的制备方法，包括以下步骤：A)将前驱体与锂源混合均匀，过筛后得到混合原料；B)在含氧氛围下，将所述混合原料升温至300～500℃，保温2～10小时，进行一段烧结；然后再升温至500～600℃，保温1～2小时，进行二段烧结；最后升温至700～800℃，保温1～20小时，进行三段烧结，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟丽，李琮熙，梁辉，杜娟，李佳，尹充，乐红春，刘森，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：