一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料及其制备方法，属于锂电池技术领域，该正极材料包括纳米片层多孔氟掺杂氮化物和纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料，通过其制备方法制得的纳米片层多孔氟掺杂氮化物，其多孔结构形成了多通道锂离子传输途径，片层结构减小了Li

【技术实现步骤摘要】
一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包 覆的钴酸锂正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子科技的快速发展，开发能量密度更高、循环性能更好的锂离子电 池正极材料成为锂电行业相互追逐的目标。钴酸锂正极材料具有比容量大、能 量密度高、工作电压平台高、循环性能好、寿命长等特点，主要应用于3C数 码领域。随着数码产品的更新换代，钴酸锂正极材料正朝着高电压、高压实、 快速充放电的方向发展。
[0003]然而充至更高电压也带来很多问题，随着电压的升高，材料逐渐脱锂，发 生一系列相变，晶胞参数变化较大，导致结构不稳定，长时间循环后，容易产 生应力应变，产生微裂纹造成颗粒破碎。高电压下材料表面与电解液发生界面 反应，钴离子氧化态升高，呈高氧化态的Co
4+
活性较高，会与电解液中的氢氟 酸发生反应导致钴溶出，从而发生不可逆的容量衰减。上述问题都使得钴酸锂 在高压下，容量和电压衰退严重，电池寿命减短，在高温条件下，问题更加严 重，因此，稳定材料体相晶体结构，构建稳定界面是解决上述问题的关键。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极 材料及其制备方法，该正极材料包括纳米片层多孔氟掺杂氮化物的制备和片层 氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料的制备。该方法制备的纳米片层多孔氟掺 杂氮化物，其多孔结构形成了多通道锂离子传输途径，纳米片层结构减小了 Li
+
的传输距离，可提高锂离子的传输效率，有效提升正极材料的倍率性能。 经包覆掺杂后，高电压下的循环、高温存储性能得到显著改善，从而全面提升 锂电池的电化学性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的 钴酸锂正极材料及其制备方法，该正极材料包括纳米片层多孔氟掺杂氮化物和 纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料。
[0006]进一步的，所述纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料的制备 方法包括以下步骤：
[0007]S1.氟掺杂氮化物的制备：将氮源与氟源混合、研磨后，在马弗炉中烧结， 烧结结束后自然冷却至室温；将得到的产物研磨、粉碎、过筛处理，得到氟掺 杂氮化物粉末；
[0008]S2.纳米片层多孔氟掺杂氮化物的制备：取氟掺杂氮化物粉末分散于溶剂 中，采用液相剥离法制备纳米片层多孔氟掺杂氮化物；
[0009]S3.纳米片层钴酸锂正极材料的制备：将钴源、锂源混合后，采用二阶段 固相合成法，经研磨、过筛后得到粉末状的纳米片层钴酸锂材料；
[0010]S4.纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料的制备：纳米片层 多孔氟掺杂氮化物与纳米片层钴酸锂粉末进行充分混合，将得到的混合料进行 再次煅烧，最后经研磨、粉碎、过筛处理制备出纳米片层多孔氟掺杂氮化物包 覆的钴酸锂正极材料。
[0011]进一步的，步骤S1中所述的氮源为单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素 中的一种或多种。
[0012]进一步的，步骤S1中所述的氟源为LiF、AlF3、MgF2、BaF2、CaF2、YF3、 TiF4、NaF、CeF3、KF、MoF6中的至少一种。
[0013]进一步的，步骤S1中的充分混合为手动研磨、机械混合、球磨中的至少 一种。
[0014]进一步的，步骤S1中烧结温度为400～700℃，保温时间为2～4h。
[0015]进一步的，步骤S2中液相剥离所用到的溶剂为N,N
‑
二甲基吡咯烷酮、乙 醇、乙腈中的一种。
[0016]进一步的，步骤S2中加入表面活性剂促进其剥离。
[0017]进一步的，步骤S2中液相剥离的时间为0.5～10h。
[0018]进一步的，步骤S3中所述钴源为片层四氧化三钴，所述锂源为碳酸锂、 氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂的至少一种。
[0019]进一步的，步骤S3中所述原料电池级碳酸锂和片层纳米四氧化三钴进行 充分混合的Li/Co摩尔比的比值为(1～1.1)：1。
[0020]进一步的，步骤S3中所述二阶段固相合成法中第一阶段焙烧以3～6℃/min 升温至500～700℃，保温5～15h，以3～6℃/min速率降至室温，完成一段加热， 将得到的产物采用双对辊处理后再经气流磨破碎，将破碎后的小颗粒进行第二 阶段焙烧，以3～6℃/min升温速度升温至700～800℃，保温5～10h后降温， 得到块状样品；最后经双对辊、气流磨破碎、分级制备出纳米片状钴酸锂；所 述气流磨进气压力为0.2～0.5MPa，分级频率为15～40HZ，气流磨粉碎后的粒 度D
50
为6.0～7.0μm。
[0021]进一步的，步骤S4中纳米片层多孔氟掺杂氮化物的加入量不超过片状钴 酸锂的0.5％。
[0022]进一步的，步骤S4中煅烧温度为500～700℃，时间为5～10h。
[0023]本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
[0024]本专利技术提供的纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆层，其多孔结构形成了多通 道锂离子传输途径，纳米片层结构减小了Li
+
的传输距离，可提高锂离子的传 输效率，有效提升正极材料的倍率性能。
[0025]经包覆掺杂后，高电压下的循环、高温存储性能得到显著改善，从而全面 提升锂电池的电化学性能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1提供的纳米片层多孔氟掺杂氮化物的透射电镜图；
[0027]图2为本专利技术实施例1
‑
3和对比例1的45℃循环性能对比图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术 实施例
的附图1
‑
2，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然， 所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述 的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本 专利技术保护的范围。
[0029]实施例1：
[0030]S1.氟掺杂氮化物的制备：将10份二氰二胺与2.4份YF3混合、研磨后， 在马弗炉中升温至550℃烧结，保温3h，烧结结束后自然冷却至室温；将得 到的产物研磨、粉碎、过筛处理，得到氟掺杂氮化物粉末；
[0031]S2.纳米片层多孔氟掺杂氮化物的制备：取2份氟掺杂氮化物粉末，约 1～2g，分散于100mLN，N
‑
二甲基吡咯烷酮中，采用超声细胞破碎仪剥离8h， 将所得产物离心处理后干燥、研磨，得到纳米片层多孔氟掺杂氮化物；
[0032]S3.纳米片层钴酸锂正极材料的制备：按Li/Co的摩尔比为1.05的条件下 加入将电池级碳酸锂Li2CO3、片层四氧化三钴机械混合完全后以3℃/min升 温速度升温至800℃，保温8h，降至室温，将得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料，其特征在于：该正极材料包括纳米片层多孔氟掺杂氮化物和纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料。2.如权利要求1所述的一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料，其特征在于，所述纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料的制备方法包括以下步骤：S1.氟掺杂氮化物的制备：将氮源与氟源混合、研磨后，在马弗炉中烧结，烧结结束后自然冷却至室温；将得到的产物研磨、粉碎、过筛处理，得到氟掺杂氮化物粉末；S2.纳米片层多孔氟掺杂氮化物的制备：取氟掺杂氮化物粉末分散于溶剂中，采用液相剥离法制备纳米片层多孔氟掺杂氮化物；S3.纳米片层钴酸锂正极材料的制备：将钴源、锂源混合后，采用二阶段固相合成法，经研磨、过筛后得到粉末状的纳米片层钴酸锂材料；S4.纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料的制备：纳米片层多孔氟掺杂氮化物与纳米片层钴酸锂粉末进行充分混合，将得到的混合料进行再次煅烧，最后经研磨、粉碎、过筛处理制备出纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料。3.如权利要求2所述的一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料及其制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的氮源为单氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素中的一种或多种。4.如权利要求2所述的一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料及其制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的氟源为LiF、AlF3、MgF2、BaF2、CaF2、YF3、TiF4、NaF、CeF3、KF、MoF6中的至少一种。5.如权利要求2所述的一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料及其制备方法，其特征在于：步骤S1中的充分混合为手动研磨、机械混合、球磨中的至少一种。6.如权利要求2所述的一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料及其制备方法，其特征在于：步骤S1中烧结温度为400~700 ℃，保温时间为2~4 h。7.如权利要求2所述的一种纳米片层多孔氟掺杂氮化物包覆的钴酸锂正极材料及其制备方法，其特征在于：步骤S2中液相剥离所用到...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓静，田新勇，高彦宾，
申请(专利权)人：陕西红马科技有限公司，
类型：发明
国别省市：