一种高镍三元正极表面包覆改性涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种高镍三元正极表面包覆改性涂层及其制备方法与应用，在高镍三元NCM622或NCM811型正极材料表面通过共沉淀的方法，分别在其表面包覆上NiFe2O4和ZrV2O7双金属氧化物涂层。与现有技术相比，本发明专利技术改性后的NCM622正极材料即使在4.5V的高压条件下循环200周仍有84.96％的容量保持率；改性后的NCM811正极材料循环100周仍有93.67％的容量保持率，证明了双金属氧化物NiFe2O4和ZrV2O7涂层的存在可以有效提高锂离子扩散速率，并抑制长期循环过程中不可逆相变和一系列有害副反应的产生，减缓过渡金属的溶解，为高镍材料的表面改性工作提供了理论依据。表面改性工作提供了理论依据。表面改性工作提供了理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种高镍三元正极表面包覆改性涂层及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其是涉及一种高镍三元正极表面包覆改性涂层及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的不断发展与进步，传统能源的大量消耗带来了严重的环境污染问题，使得能源危机以及环境污染成为了人们难以解决的两大难题，并且人类的生产和生活也受到了极大的影响。太阳能、风能等可再生清洁能源在自然界可以循环再生，但这些清洁能源受地域和利用效率的限制很难大规模应用。相比之下，电化学储能技术的进一步提高是在21世纪下建设低碳环保型社会的一项重要目标。阀控式铅酸电池和镍氢电池虽然可以缓解上述问题，但其由于环境污染大、工作电位低、能量密度小等限制了其应用以满足当今可持续发展的要求。在全球电动汽车和便携式电子设备的迅猛发展背景下，可充电锂离子电池由于高能量密度、低成本、环境友好等优点被认为是电化学储能技术的最佳选择。
[0003]锂离子电池主要由电极材料、电解液、隔膜三部分组成。然而，与负极材料相比，锂离子正极材料的容量差强人意，限制了高比能量锂离子电池的发展。一方面，正极材料对合成工艺要求较高，制备过程中微小的差异都可能会导致材料结构的变化，进而影响材料的性能。另一方面，传统正极材料中稀有金属占比较大，导致正极材料在电池成本中所占比例高达40％左右。因此，正极材料是决定锂离子电池产品的整体性能的重要因素之一，同时也是提升电池性能的重要突破口。
[0004]综合考虑之下，迫于电动汽车以及便携式电子设备对高能量密度以及低成本的要求，低镍含量的NCM111和NCM424材料逐渐被更高可逆容量的高镍型NCM(Ni≥60％)正极材料取代。而在高镍正极材料中，NCM622和NCM811正极材料由于容量以及循环性能在其中适宜而被广泛选作研究对象进行分析，但是NCM622和NCM811正极材料仍存在在循环过程以及在高温条件下不稳定的问题，因此亟需解决该问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述NCM622和NCM811型正极材料存在在循环过程中以及在高温下不稳定的缺陷而提供一种高镍三元正极表面包覆改性涂层及其制备方法与应用，以双金属盐的混合溶液为基体溶液，以NCM622和NCM811型正极材料为研究对象，通过共沉淀法在NCM622和NCM811型正极材料表面分别形成均匀的NiFe2O4和ZrV2O7双金属氧化物涂层。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的技术方案之一为提供一种高镍三元正极表面包覆改性涂层，包括NCM622型正极表面包覆双金属氧化物涂层或NCM811型正极表面包覆双金属氧化物涂层。
[0008]进一步地，所述NCM622型正极表面包覆的双金属氧化物涂层为NiFe2O4；所述NCM811型正极表面包覆的双金属氧化物涂层为ZrV2O7。
[0009]本专利技术的技术方案之二为提供如技术方案之一所述的高镍三元正极表面包覆改性涂层的制备方法，包括NCM622型正极表面包覆双金属氧化物涂层的制备方法或NCM811型正极表面包覆双金属氧化物涂层的制备方法，其中
[0010]S1、NCM622型正极表面包覆双金属氧化物涂层的制备方法包括如下步骤：
[0011]S1
‑
1、将镍源、铁源和无水乙醇混合搅拌后得到混合溶液A；
[0012]S1
‑
2、在S1
‑
1步骤得到的混合溶液A中加入NCM622型正极，混合搅拌后得到溶液C；
[0013]S1
‑
3、在S1
‑
2步骤得到的溶液C中加入氨水，调节pH后搅拌，得到溶液E，并进行蒸发、干燥得到粉末；
[0014]S1
‑
4、对S1
‑
3步骤得到的粉末进行研磨、煅烧、保温，得到NCM622型正极表面包覆NiFe2O4涂层，标记为x％NFO
‑
NCM622；
[0015]S2、NCM811型正极表面包覆双金属氧化物涂层的制备方法包括如下步骤：
[0016]S2
‑
1、将锆源、钒源和无水乙醇混合搅拌得到混合溶液B；
[0017]S2
‑
2、在S2
‑
1步骤得到的混合溶液B中加入NCM811型正极，混合搅拌后得到溶液D；
[0018]S2
‑
3、在S2
‑
2步骤得到的溶液D中加入氨水，调节pH后搅拌，得到溶液F，并进行蒸发、干燥得到粉末；
[0019]S2
‑
4、对S2
‑
3步骤得到的粉末进行研磨、煅烧、保温，最后得到NCM811型正极表面包覆ZrV2O7涂层，标记为x％ZVO
‑
NCM811。
[0020]进一步地，在S1
‑
1步骤中，镍源和铁源的物质的量比为1:(1.5～3.0)。
[0021]进一步地，在S2
‑
1步骤中，锆源和钒源的物质的量比为1:(1.0～3.0)。
[0022]进一步地，在S1
‑
1步骤和S2
‑
1步骤中，混合搅拌的恒定温度为20～40℃。
[0023]进一步地，在S1
‑
3步骤和S2
‑
3步骤中，调节pH至8～11；蒸发温度为50～80℃；干燥温度为60～90℃。
[0024]进一步地，在S1
‑
4步骤和S2
‑
4步骤中，煅烧的温度为400～800℃，保温时间为2～6h。
[0025]进一步地，在S1
‑
4步骤和S2
‑
4步骤中，x为改性涂层部分占总质量的质量百分数，x选自1～4中的任一整数。
[0026]本专利技术的技术方案之三为提供如技术方案之一所述的高镍三元正极表面包覆改性涂层的应用，所述高镍三元正极表面包覆改性涂层用于制备锂电池。
[0027]本专利技术的原理为：NiFe2O4和ZrV2O7具有良好的锂离子导电性，是一种很有前途的锂离子电池阳极材料，且改性涂层与正极材料的M
‑
O
‑
N键合网络不仅促进改性涂层与基体紧密结合形成一种稳定的界面，而且还防止了正极材料电化学过程中的结构退化和Mn等过渡金属的溶解，此外改性涂层还可捕获NCM622和NCM811正极材料表面的锂残余(LiOH和Li2CO3)，进一步提高正极材料的循环稳定性。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0029]本专利技术的制备方法流程简单，制备的双金属氧化物NiFe2O4和ZrV2O7涂层具有良好的锂离子导电性，能有效提高锂离子扩散速率，并抑制长期循环过程中不可逆相变和一系列有害副反应的产生，减缓过渡金属的溶解，使得改性修饰后的正极材料在长期循环过程中以及高温下能展现出良好的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元正极表面包覆改性涂层，其特征在于，包括NCM622型正极表面包覆双金属氧化物涂层或NCM811型正极表面包覆双金属氧化物涂层。2.根据权利要求1所述的高镍三元正极表面包覆改性涂层，其特征在于，所述NCM622型正极表面包覆的双金属氧化物涂层为NiFe2O4；所述NCM811型正极表面包覆的双金属氧化物涂层为ZrV2O7。3.一种如权利要求1
‑
2任一所述的高镍三元正极表面包覆改性涂层的制备方法，其特征在于，包括NCM622型正极表面包覆双金属氧化物涂层的制备方法或NCM811型正极表面包覆双金属氧化物涂层的制备方法，其中S1、NCM622型正极表面包覆双金属氧化物涂层的制备方法包括如下步骤：S1
‑
1、将镍源、铁源和无水乙醇混合搅拌后得到混合溶液A；S1
‑
2、在S1
‑
1步骤得到的混合溶液A中加入NCM622型正极，混合搅拌后得到溶液C；S1
‑
3、在S1
‑
2步骤得到的溶液C中加入氨水，调节pH后搅拌，得到溶液E，并进行蒸发、干燥得到粉末；S1
‑
4、对S1
‑
3步骤得到的粉末进行研磨、煅烧、保温，得到NCM622型正极表面包覆NiFe2O4涂层，标记为x％NFO
‑
NCM622；S2、NCM811型正极表面包覆双金属氧化物涂层的制备方法包括如下步骤：S2
‑
1、将锆源、钒源和无水乙醇混合搅拌得到混合溶液B；S2
‑
2、在S2
‑
1步骤得到的混合溶液B中加入NCM811型正极，混合搅拌后得到溶液D；S2
‑
3、在S2
‑
2步骤得到的溶液D中加入氨水，调...

【专利技术属性】
技术研发人员：程红伟，聂薇，苑言帅，孙强超，鲁雄刚，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：