一种砷化铌包覆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砷化铌包覆的三元正极材料及其制备方法，砷化铌包覆的三元正极材料，为砷化铌包覆的LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种砷化铌包覆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正极材料
，具体涉及一种砷化铌包覆的三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有容量大、倍率性能高、安全性能好以及价格低廉等优点而得到广泛应用。目前主要商用的锂电正极材料有锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、镍钴铝酸锂(NCA)和镍钴锰酸锂(NCM)。特别是，三元正极材料，例如镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂等，由于该类材料具有高容量和价格低廉等优点，成为一种最具前途的正极材料。然而，镍钴锰三元正极材料随着Ni含量的增加，材料也表现出阳离子混排、表面副反应和残碱变大等现象，特别是在高温和高电压的情况下，从而加速容量衰减和和热不稳定性，会影响材料的倍率性能、循环稳定性和安全性。
[0003]针对这些问题很多研究人员一般采用包覆的改性手段，像有机聚合物、金属氧化物等包覆剂。但包覆剂选择不当，会导致电阻增大，影响电子和离子的传输，进而减弱电性能。因此，选择有效包覆材料是制备出性能优良镍钴锰三元正极材料和解决以上问题的关键。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种砷化铌包覆的三元正极材料及其制备方法，能够有效解决上述问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种砷化铌包覆的三元正极材料，为砷化铌包覆的LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2，其中，0.5≤a≤0.95，a+b+c＝1。
[0007]进一步地，砷化铌包覆层的厚度为10nm～100nm。
[0008]一种砷化铌包覆的三元正极材料的制备方法，包括：
[0009]将LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2三元正极粉末溶于醇类溶剂中，配置成混合溶液A；其中，0.5≤a≤0.95，a+b+c＝1；
[0010]将砷化铌粉末溶于醇类溶剂中，并加入络合剂，搅拌混合均匀，得到砷化铌溶胶；
[0011]将所述砷化铌溶胶加入到所述混合溶液A中，超声分散，再干燥搅拌，待溶剂蒸发后，得到黑色凝胶；
[0012]干燥黑色凝胶，得到黑色粉末并进行煅烧，经破碎、过筛后得到砷化铌包覆的三元正极材料。
[0013]进一步地，所述混合溶液A中，LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2的质量分数为16％～43％。
[0014]进一步地，所述砷化铌溶胶中，砷化铌的质量分数为0.2％～2％，柠檬酸的质量分数为1％～3％，丙二醇的质量分数为2％～4％，搅拌时间为1h～3h。
[0015]进一步地，所述将所述砷化铌溶胶加入到所述混合溶液A中后，所述砷化铌溶胶用
量占三元正极材料质量的0.1％～2％。
[0016]进一步地，所述超声分散中，超声时间为0.5h～2h；所述干燥搅拌中，干燥温度为70℃～100℃，搅拌时间为1h～10h。
[0017]进一步地，所述干燥黑色凝胶时，干燥温度为100℃～150℃，干燥时间为24h～100h。
[0018]进一步地，所述煅烧时，煅烧温度为450℃～1000℃，煅烧时间为6h～12h。
[0019]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0020]本专利技术中采用砷化铌作为包覆剂，其具有高导电性、稳定性以及电化学稳定性的优点，包覆剂砷化铌为电子和离子提供了快速运输通道，允许电子和离子在上面快速地通行，降低能耗。砷化铌与基体材料通过O
‑
Nb和O
‑
As键紧密连接，改善了材料颗粒的致密性，提高了材料结构稳定性，同时外层包覆的砷化铌还可形成保护膜，为基体材料提供一层抗腐蚀保护膜，减少电解液对基体材料的腐蚀，有效抑制副反应，提高材料电子和离子电导率，从而改善提高材料的高温和高电压条件下的倍率性能、循环稳定性和安全性，将纳米砷化铌包覆在三元正极材料表面有助于极大提升材料的电化学性能。
[0021]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合表格，作详细说明如下。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1
[0024]一种砷化铌包覆的三元正极材料，为砷化铌包覆的LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2，砷化铌包覆层的厚度为10nm，其制备方法具体如下：
[0025](1)砷化铌溶胶的合成
[0026]首先称取0.02g砷化铌粉末，溶于10ml叔丁醇，并加入0.1g柠檬酸和0.2g丙二醇作为络合剂，在25℃用磁力搅拌器搅拌1小时使之混合均匀，得到砷化铌溶胶。
[0027](2)0.1wt％砷化铌
·
LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2正极材料的制备
[0028]称取17.54g LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2三元正极粉末材料为基体，溶于30ml叔丁醇，加入到(1)中所制备的砷化铌溶胶中，其中包覆所用到的砷化铌溶胶用量占材料质量的0.1％，超声0.5h后，在70℃下搅拌10h，待叔丁醇蒸发后，得到黑色凝胶。黑色凝胶在100℃下继续干燥100h，得到干燥的黑色粉末，再次将黑色粉末进行煅烧，从室温升至700℃，在空气中烧结8小时，经破碎、过300目筛后，最终得到0.1wt％砷化铌
·
LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2三元正极材料。
[0029]实施例2
[0030]一种砷化铌包覆的三元正极材料，为砷化铌包覆的LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2，砷化铌包覆层的厚度为50nm，其制备方法具体如下：
[0031](1)砷化铌溶胶的合成
[0032]首先称取0.04g砷化铌粉末，溶于15ml叔丁醇，并加入0.25g柠檬酸和0.37g丙二醇作为络合剂，在25℃用磁力搅拌器搅拌2小时使之混合均匀，得到砷化铌溶胶。
[0033](2)0.3wt％砷化铌
·
LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2正极材料的制备
[0034]称取29.23g LiNi
0.8
Co<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砷化铌包覆的三元正极材料，其特征在于，为砷化铌包覆的LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2，其中，0.5≤a≤0.95，a+b+c＝1。2.根据权利要求1所述的一种砷化铌包覆的三元正极材料，其特征在于，砷化铌包覆层的厚度为10nm～100nm。3.一种砷化铌包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2三元正极粉末溶于醇类溶剂中，配置成混合溶液A；其中，0.5≤a≤0.95，a+b+c＝1；将砷化铌粉末溶于醇类溶剂中，并加入络合剂，搅拌混合均匀，得到砷化铌溶胶；将所述砷化铌溶胶加入到所述混合溶液A中，超声分散，再干燥搅拌，待溶剂蒸发后，得到黑色凝胶；干燥黑色凝胶，得到黑色粉末并进行煅烧，经破碎、过筛后得到砷化铌包覆的三元正极材料。4.根据权利要求3所述的一种砷化铌包覆的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶液A中，LiNi
a
Co

【专利技术属性】
技术研发人员：乔水伶，方向乾，李崇，王慧萍，李伟，牟春伟，马娜妮，张彩红，王子钰，钟文涛，
申请(专利权)人：彩虹集团有限公司，
类型：发明
国别省市：