一种核壳双包覆结构的三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核壳双包覆结构的三元正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池技术领域，所述三元正极材料包括低镍三元核芯材料、及依次包覆在其表面的高镍三元正极材料层和Al2O3包覆层；所述低镍三元核芯材料是在低镍三元正极材料表面包覆TiO2得到的。其制备如下：将低镍三元正极材料分散到钛源乙醇溶液中，水浴加热，烧结，得到低镍三元核芯材料；将镍源、钴源、锰源加入水中，将低镍三元核芯材料加入，调节体系pH，共沉淀反应，得包覆物Ⅰ；将包覆物Ⅰ和铝源加入水中，共沉淀反应，陈化，得包覆物Ⅱ；将包覆物Ⅱ和锂源混合，烧结，即得。本发明专利技术制备的三元正极材料具有良好的结构稳定性及循环稳定性，电池容量高。电池容量高。电池容量高。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳双包覆结构的三元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种核壳双包覆结构的三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]三元正极材料因其具备高的能量密度，在锂离子电池领域被广泛的运用，因此对三元正极材料的性能要求也越来越高。三元正极材料中元素配比以及工艺对锂离子电池性能的影响巨大，其中镍元素的含量影响着整体三元锂电池的容量，但富镍三元正极材料的氧化电位较高，同时过多的Ni易与Li混排，这会导致三元正极材料的晶体结构不稳；此外，三元正极材料与电解质的接触，易受电解质中的氟化氢腐蚀，导致循环能力变差，容量降低。

技术实现思路

[0003]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种核壳双包覆结构的三元正极材料及其制备方法，该三元正极材料具有良好的结构稳定性及循环稳定性，电池容量高。
[0004]本专利技术提出的一种核壳双包覆结构的三元正极材料，包括低镍三元核芯材料、及依次包覆在低镍三元核芯材料表面的高镍三元正极材料层和Al2O3包覆层；所述低镍三元核芯材料是在低镍三元正极材料表面包覆TiO2得到的。
[0005]优选地，所述高镍三元正极材料层的化学组成为：Ni
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2。
[0006]优选地，所述低镍三元正极材料的化学组成为：LiNi
0.6
Co
0.1
Mn
0.3
O2。
[0007]优选地，所述核壳双包覆结构的三元正极材料中，高镍三元正极材料层的质量百分占比为45
‑
49％、Al2O3包覆层的质量百分占比为1
‑
5％，余量为低镍三元核芯材料；其中，低镍三元核芯材料中，TiO2包覆层的质量为低镍三元正极材料质量的0.5
‑
1.5％。
[0008]本专利技术还提出了上述核壳双包覆结构的三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将低镍三元正极材料粉末分散到钛源的乙醇溶液中，水浴加热，干燥，然后在氧气气氛下烧结，从而在低镍三元正极材料表面包覆一层TiO2，得到低镍三元核芯材料；
[0010]S2、将镍源、钴源、锰源加入到水中，配制混合溶液；将低镍三元核芯材料加入到混合溶液中，加碱调节体系pH，进行共沉淀反应，从而在低镍三元核芯材料表面包覆一层高镍三元材料前驱体，得到包覆物Ⅰ；
[0011]S3、将包覆物Ⅰ和铝源加入到去离子水中，搅拌，进行共沉淀反应，在高镍三元材料前驱体的表面再包覆一层Al(OH)3，陈化，洗涤、干燥，得到包覆物Ⅱ；
[0012]S4、将包覆物Ⅱ和锂源混合，在氧气气氛下烧结，经破碎、过筛、除磁后，即得高镍三元材料和Al2O3双包覆的三元正极材料。
[0013]优选地，S1中，水浴加热温度为70
‑
90℃，水浴时间为2
‑
4h；烧结温度为400
‑
450℃，烧结时间为4
‑
6h；钛源为钛酸丁酯、异丙醇钛、硫酸钛酰中的任意一种。
[0014]优选地，S2中，高镍三元材料前驱体的化学组成为：Ni
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
(OH)2；碱为NaOH溶液和氨水溶液；镍源为NiSO4·
6H2O，钴源为CoSO4·
7H2O，锰源为MnSO4·
H2O。
[0015]优选地，S3中，陈化是在室温下陈化1
‑
3h；优选地，铝源为Al2(SO4)3、AlCl3、Al(NO3)3中的任意一种。
[0016]优选地，S4中，包覆物Ⅱ中金属元素总量和锂源中锂元素的摩尔比为1：1.02
‑
1.08；锂盐为LiOH、LiNO3、Li2CO3、LiOH
·
H2O中的任意一种。
[0017]优选地，S4中，烧结温度为400
‑
800℃，烧结时间为4
‑
6h。
[0018]有益效果：本专利技术提出了一种核壳双包覆结构的三元正极材料，是在低镍三元正极材料表面包覆一层TiO2作为核芯，优化核芯表面的电化学反应界面；再利用液相共沉淀的方法在核芯外依次包覆一层高镍三元正极材料和一层Al2O3，形成双包覆结构，有效减缓电解质中氟化氢对核芯的腐蚀；其中，壳层的高镍三元正极材料与核芯相结合，可以有效的提升整体三元正极材料的镍含量，进而提升锂离子电池的容量，同时在壳层表面再次包覆一层Al2O3层可以为高镍三元正极材料晶体结构提供支撑，缓解材料在充放电过程中的结构变化，并且优化高镍层的电化学反应环境，从而提升三元锂离子电池的容量和循环性能。本方法制备的三元正极材料具有良好的结构稳定性及循环稳定性。
附图说明
[0019]图1为实验组和对照组电池的循环性能图；
[0020]图2为实验组和对照组电池的放电曲线图；
[0021]图3为实验组的三元正极材料的扫描电镜图，标尺为30μm；
[0022]图4为实验组的三元正极材料的扫描电镜图，标尺为3μm。
具体实施方式
[0023]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0024]实施例1
[0025]一种核壳双包覆结构的三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0026]S1、制备低镍三元核芯材料表面TiO2包覆层
[0027]将0.5kg的LiNi
0.6
Co
0.1
Mn
0.3
O2粉末加入到0.1mol/L的钛酸丁酯的乙醇溶液中，两者料液比为1：3，在70℃水浴加热下连续搅拌分散3h，将所得产物干燥后置于反应釜中通入O2，在400℃下烧结4h，得到表面具有TiO2包覆的低镍三元核芯材料产物；经检测，TiO2包覆层的质量占LiNi
0.6
Co
0.1
Mn
0.3
O2粉末质量的1wt％。
[0028]S2、制备壳层高镍三元材料前驱体Ni
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
(OH)2包覆层
[0029]将NiSO4·
6H2O、CoSO4·
7H2O、MnSO4·
H2O分别溶解于去离子水配制浓度为12mol/L、1.5mol/L、1.5mol/L的溶液，然后分别取0.51L各溶液混合得到金属化合物反应液；将步骤S1中的表面具有TiO2包覆的低镍三元核芯材料产物充分分散于金属化合物反应液中，然后加入0.51L的5mol/L的氢氧化钠和0.51L的1mol/L的氨水，调节体系pH至12，在N2气氛下连续搅拌混合，在低镍三元核芯材料表面包覆壳层高镍三元材料前驱体Ni
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳双包覆结构的三元正极材料，其特征在于，包括低镍三元核芯材料、及依次包覆在低镍三元核芯材料表面的高镍三元正极材料层和Al2O3包覆层；所述低镍三元核芯材料是在低镍三元正极材料表面包覆TiO2得到的。2.根据权利要求1所述的核壳双包覆结构的三元正极材料，其特征在于，所述高镍三元正极材料层的化学组成为：Ni
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2。3.根据权利要求1或2所述的核壳双包覆结构的三元正极材料，其特征在于，所述低镍三元正极材料的化学组成为：LiNi
0.6
Co
0.1
Mn
0.3
O2。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的核壳双包覆结构的三元正极材料，其特征在于，所述核壳双包覆结构的三元正极材料中，高镍三元正极材料层的质量百分占比为45
‑
49％、Al2O3包覆层的质量百分占比为1
‑
5％，余量为低镍三元核芯材料；其中，低镍三元核芯材料中，TiO2包覆层的质量为低镍三元正极材料质量的0.5
‑
1.5％。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的核壳双包覆结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将低镍三元正极材料粉末分散到钛源的乙醇溶液中，水浴加热，干燥，然后在氧气气氛下烧结，从而在低镍三元正极材料表面包覆一层TiO2，得到低镍三元核芯材料；S2、将镍源、钴源、锰源加入到水中，配制混合溶液；将低镍三元核芯材料加入到混合溶液中，加碱调节体系pH，进行共沉淀反应，从而在低镍三元核芯材料表面包覆一层高镍三元材料前驱体，得到包覆物Ⅰ；S3、将包覆物Ⅰ和铝源加入到去离子水中，搅拌，进行共沉淀反应，在高镍三元材料前驱体的表面再包覆一层Al(OH)3，陈化，洗涤、干燥，得到包覆物Ⅱ；S4、将包覆物Ⅱ和锂源...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫振，郑刚，黄鹏鹏，林浩，汪宇，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：