锂离子电池高镍正极复合材料及其制备方法技术

本申请公开了锂离子电池高镍正极复合材料及其制备方法，所公开的锂离子电池高镍正极复合材料包括高镍材料，所述高镍材料中含有锂元素、氧元素、镍元素及钴元素，所述高镍材料包覆有快离子导体，所述快离子导体的包覆厚度为3～20nm，快离子导体材料中含有氧元素及锂元素，且还含有锆元素、镁元素、铝元素、钛元素、硅元素、钇元素、锶元素、铈元素、铌元素、镧元素、钼元素以及钡元素的一种或多种。本申请公开的正极复合材料具有比容量高、寿命长、倍率性能好等优势。好等优势。好等优势。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池高镍正极复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂离子电池高镍正极复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度大、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，已经广泛应用在手机、笔记本电脑等便携式电子产品中，并在动力电池、风光发电和储能领域也表现出巨大的应用前景。然而随着应用领域的越来越广泛，对组成锂离子电池的材料也要求越来越高。正极材料作为锂离子电池重要的核心材料，对电池性能的发挥具有决定性作用，尤其是在当前新能源汽车迅速发展下，对电池的能量密度要求越来越高。三元正极材料具有能量密度高，环境较友好等特点这使得其逐渐将成为动力电池应用最广泛的正极材料。其中LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2(NCM811)、LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2(NCA)等高镍正极材料(Ni含量的所占除锂元素外金属元素的摩尔分数为0.6及以上)由于比容量高是当前研究的热点，也是当前最有望大规模应用在高比能电池上的材料。但是高镍正极材料普遍存在热稳定性，充电过程中易发生不可逆相变及Li/Ni阳离子混排等缺点，导致其在使用过程中电化学性能迅速衰减。因此，要想高镍正极材料能广泛实际应用，需要通过优化制备方法或者对其进行改性。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对上述问题，提出了一种锂离子电池高镍正极复合材料及其制备方法。
[0004]本专利技术采取的技术方案如下：
[0005]一种锂离子电池高镍正极复合材料，包括高镍材料，所述高镍材料中含有锂元素、氧元素、镍元素及钴元素，所述高镍材料包覆有快离子导体，所述快离子导体的包覆厚度为2～20nm，快离子导体材料中含有氧元素及锂元素，且还含有锆元素、镁元素、铝元素、钛元素、硅元素、钇元素、锶元素、铈元素、铌元素、镧元素、钼元素以及钡元素的一种或多种。
[0006]由于在高镍材料的表面包覆了一层快离子导体形成了复合材料，所以相对于高镍材料，本种复合正极材料具有比容量高、寿命长、倍率性能好等优势。
[0007]可选的，所述快离子导体中含有锂元素、氧元素以及锆元素。
[0008]可选的，所述高镍材料为Li(Ni1‑
x
‑
y Co
x
Mn
y
)O2或Li(Ni1‑
x
‑
y Co
x
Al
y
)O2，其中x+y≤0.5
[0009]一种上述锂离子电池高镍正极复合材料的制备方法，包括如下步骤，
[0010]S1(混合步骤)：将目标金属溅射向高镍材料，溅射完成后对所得材料进行充分粉碎成粉末、并且将粉末过200
ꢀ‑
400目的筛，所述目标金属为锆、镁、铝、钛、硅、钇、锶、铈、铌、镧、钼以及钡的一种或多种；
[0011]S2(煅烧步骤)：将粉末与锂源混合均匀，然后置于富氧条件下以300
‑
800℃的温度煅烧4
‑
15h，待其冷却后粉碎、然后过200
ꢀ‑
450目的筛。
[0012]由于采用了混合、两次粉碎及煅烧等工艺，该制备方法制得的复合正极材料具有粒度可控、包覆层均匀等特点，且该制备方法具有速度快，包覆层易控制的特点。
[0013]本案中的富氧条件是指氧气的体积占到气体总体积的21％以上，确保能够达到与氧气的充分反应。
[0014]可选的，锂源为LiOH或Li2CO3或CH3COOLi。
[0015]可选的，目标金属于样品室间距为100
‑
500mm，溅射时的气体分压为0.5
‑
5Pa，工作电流为20
‑
200A，溅射时间为5
‑
100min。
[0016]可选的，所述目标金属为锆金属。
[0017]可选的，所述高镍材料为LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2。
[0018]可选的，所述煅烧步骤中锂源与粉末的质量比为3：1000。
[0019]可选的，所述煅烧步骤中粉末与锂源的混合方式为球磨混合或研磨混合或者以酒精为介质混合。
[0020]本专利技术的有益效果是：本种复合正极材料具有比容量高、寿命长、倍率性能好等优势。
附图说明：
[0021]图1是实施例1所制备复合材料的透射电镜图；
[0022]图2是实施例1中所制备复合材料与包覆前材料组装成电池的循环性能对比图；
[0023]图3是实施例1中所制备复合材料与复合前材料组装成电池的倍率性能对比图。
具体实施方式：
[0024]下面结合各实施例，对本专利技术做详细描述。
[0025]实施例1
[0026]S1：将等离子溅射设备的靶材更换为纯Zr靶材(纯Zr靶材即为目标金属)，向溅射设备样品室中加入体积约为样品室体积1/5的LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2粉末；
[0027]S2:开启溅射设备，设置靶材于样品室间距为200mm，箱体气体分压为1.0Pa，其中氧分压0.7Pa,氩气分压0.3Pa，工作电流为80A，当所有设备参数达到设置值时，启动溅射设备溅射20min后停止溅射；
[0028]S3：取出溅射后的样品球磨粉碎后过200目筛网，称取质量比为3/1000的LiOH与溅射后粉末于研钵中充分研磨混合，得到研磨后材料在650℃氧气氛围的管式炉中烧结8h，自然冷却到室温，然后过400目筛网，即得到Li2ZrO3快离子导体复合的NCM811正极材料。
[0029]对实施例1所制的Li2ZrO3快离子导体复合的NCM811正极材料进行投射电镜检测，投射电镜获得的照片如附图1所示，由附图1可知Li2ZrO3均匀的分布在NCM811表面，且其厚度约为8nm左右。
[0030]将实施例1所制的的复合NCM11正极材料与NCM11正极材料均各自组装成电池，含复合NCM11正极材料的电池为试验组，含NCM11正极材料为对照组，对两种电池进行循环性能和倍率性能进行检测，循环性能检测结果如附图2所示，倍率性能检测如附图3所示。
[0031]从附图2中的曲线变化可知，被Li2ZrO3包覆后的NCM11材料的循环性能明显提高，循环100次的容量保持率为92.8％，高于NCM材料的86.6％。
[0032]从附图3中的曲线变化可知，被Li2ZrO3包覆后的NCM11材料倍率性能明显提高。
[0033]附图2及附图3中以“Li2ZrO
3 coated”标示的是代表被Li2ZrO3包覆后的NCM11材料。
[0034]从附图2及附图3中内容可知，本实施例制得的正极材料具有比容量高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池高镍正极复合材料，包括高镍材料，所述高镍材料中含有锂元素、氧元素、镍元素及钴元素，其特征在于，所述高镍材料包覆有快离子导体，所述快离子导体的包覆厚度为2～20nm，快离子导体材料中含有氧元素及锂元素，且还含有锆元素、镁元素、铝元素、钛元素、硅元素、钇元素、锶元素、铈元素、铌元素、镧元素、钼元素以及钡元素的一种或多种。2.如权利要求1所述的锂离子电池高镍正极复合材料，其特征在于，所述快离子导体中含有锂元素、氧元素以及锆元素。3.如权利要求1所述的锂离子电池高镍正极复合材料，其特征在于，所述高镍材料为Li(Ni1‑
x
‑
y Co
x
Mn
y
)O2或Li(Ni1‑
x
‑
y Co
x
Al
y
)O2，其中x+y≤0.5。4.一种如权利1～3任一项所述的锂离子电池高镍正极复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，混合步骤：将目标金属溅射向高镍材料，溅射完成后对所得材料进行充分粉碎成粉末、并且将粉末过200
‑
400目的筛，所述目标金属为锆、镁、铝、钛、硅、钇、锶、铈、...

【专利技术属性】
技术研发人员：茆志友，丁晓宇，张育红，相佳媛，任洪杉，张培培，张贝，
申请(专利权)人：杭州南都动力科技有限公司浙江南都鸿芯动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：