一种快离子导体包覆的正极材料及其制备方法和应用技术

本公开属于电极材料技术领域，特别涉及一种快离子导体包覆的正极材料及其制备方法和应用，其中该快离子导体包覆的正极材料，其化学通式为：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种快离子导体包覆的正极材料及其制备方法和应用


[0001]本公开属于电极材料
，特别涉及一种快离子导体包覆的正极材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其具有能量密度高，循环寿命长，环境友好以及可快速充放电等特点目前得到了广泛应用，另外正极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一
。
目前，商业化的以钴酸锂
、
锰酸锂
、
磷酸铁锂
、
三元系正极材料为主，主要应用在
3C、
动力电池
、
和储能领域
。
锂离子电池的研究重难点仍然是电池的循环寿命，电池的循环寿命一般取决于正极材料，主要原因为电池在充放电过程中，正极材料直接与电解液接触，活性物质发生溶解，导致电池容量衰减；另一方面，镍基三元正极材料在可逆充放电过程中，材料的层状结构由于锂离子的嵌入
/
脱出会发生周期性变化，从而产生应力应变，导致材料生成微裂纹，裂纹会成倍地增加与电解液接触的新表面，产生更加严重的表面副反应和表面相变，使得容量大幅下降
。
因此亟需开发一种能有效提高电池循环寿命的正极材料
。

技术实现思路

[0003]本公开旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一
。
为此，本公开提出一种快离子导体包覆的正极材料及其制备方法和应用，该快离子导体包覆的正极材料能有效提高电池的循环寿命
。
[0004]本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0005]一种快离子导体包覆的正极材料，其化学通式为：
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2@(Li7‑
δ
La3Zr2M
z
O
12
)
i
，其中
x>0.8
，
y>0
，
0<1
‑
x
‑
y<0.1
，
0≤i≤0.003
，
0≤
δ
≤1.0
，
0≤z≤0.5
，
M
为
Al、K、Ca、Nb、Co、Fe、Cu、Zn、Ta、Ti
中的至少一种
。
[0006]在一实施例，所述
M
为
Al、Ta、Ti
中的至少一种，
0≤
δ
≤0.6
，
0≤z≤0.3。
[0007]在一实施例，所述快离子导体包覆的正极材料的化学式为
LiNi
0.9
Co
0.05
Mn
0.05
O2@(Li
6.4
La3Zr2Al
0.2
O
12
)
0.001
、LiNi
0.9
Co
0.05
Mn
0.05
O2@(Li
6.4
La3Zr2Al
0.2
O
12
)
0.002
及
LiNi
0.9
Co
0.05
Mn
0.05
O2@(Li
6.4
La3Zr2Al
0.2
O
12
)
0.003
中的一种
。
[0008]一种如上所述快离子导体包覆的正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)
将镍基三元前驱体和锂源进行球磨混合，煅烧，得到三元正极材料；
[0010](2)
将镧化物
、
锆化物及
M
化物溶于酚类溶液中，并加入碱性催化剂，得到复合溶液；
[0011](3)
向步骤
(2)
制得的所述复合溶液中加入醛类化合物，反应，制得络合有镧离子
、
锆离子及
M
离子的酚醛树脂预聚物；
[0012](4)
将步骤
(3)
制得的所述酚醛树脂预聚物溶于溶剂中，搅拌，静置老化，制得水凝胶；
[0013](5)
将步骤
(1)
制得的所述三元正极材料与步骤
(4)
制得的所述水凝胶混合，冷冻
干燥，煅烧，制得所述快离子导体包覆的正极材料
。
[0014]在一实施例，步骤
(1)
中，所述镍基三元前驱体中的过渡金属元素与所述锂源中的锂元素的摩尔比为1：
(1.02
‑
1.05)。
[0015]在一实施例，步骤
(1)
中，所述镍基三元前驱体由以下步骤制备而成：将
NiSO4·
6H2O、CoSO4·
7H2O
和
MnSO4·
H2O
溶于水中，得到过渡金属硫酸盐水溶液，再加入氨水和
NaOH
搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，得到所述镍基三元前驱体，其中干燥是指在
110
‑
130℃
下真空干燥
12
‑
24h。
[0016]在一实施例，步骤
(1)
中，所述锂源为
LiNO3、LiCl、LiOH
及
Li2CO3中的至少一种
。
[0017]在一实施例，步骤
(1)
中，所述球磨的转速为
100
‑
300r/min。
[0018]在一实施例，步骤
(1)
中，所述煅烧是指在含氧氛围中以
700
‑
1050℃
的温度，煅烧
10
‑
24h。
[0019]在一实施例，步骤
(2)
中，所述碱性催化剂为氢氧化锂及氨水中的至少一种
。
[0020]在一实施例，步骤
(2)
中，所述酚类溶液为间二苯酚溶液，所述酚类溶液是由间苯二酚与水的配比按照
10g:(30
‑
100)mL
配制得到
。
[0021]在一实施例，步骤
(2)
中，所述镧化物为镧的氧化物
、
碳酸化物和硝酸化物中的至少一种
。
[0022]在一实施例，步骤
(2)
中，所述锆化物为锆的氧化物
、
碳酸化物和硝酸化物中的至少一种
。
[0023]在一实施例，步骤
(2)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种快离子导体包覆的正极材料，其特征在于：其化学通式为：
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2@(Li7‑
δ
La3Zr2M
z
O
12
)
i
，其中
x>0.8
，
y>0
，
0<1
‑
x
‑
y<0.1
，
0≤i≤0.003
，
0≤
δ
≤1.0
，
0≤z≤0.5
，
M
为
Al、K、Ca、Nb、Co、Fe、Cu、Zn、Ta、Ti
中的至少一种
。2.
根据权利要求1所述的一种快离子导体包覆的正极材料，其特征在于：所述
M
为
Al、Ta、Ti
中的至少一种，
0≤
δ
≤0.6
，
0≤z≤0.3。3.
根据权利要求1所述的一种快离子导体包覆的正极材料，其特征在于：所述快离子导体包覆的正极材料的化学式为
LiNi
0.9
Co
0.05
Mn
0.05
O2@(Li
6.4
La3Zr2Al
0.2
O
12
)
0.001
、LiNi
0.9
Co
0.05
Mn
0.05
O2@(Li
6.4
La3Zr2Al
0.2
O
12
)
0.002
及
LiNi
0.9
Co
0.05
Mn
0.05
O2@(Li
6.4
La3Zr2Al
0.2
O
12
)
0.003
中的一种
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的一种快离子导体包覆的正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)
将镍基三元前驱体和锂源进行球磨混合，煅烧，得到三元正极材料；
(2)
将镧化物
、
锆化物及
M
化物溶于酚类溶液中，并加入碱性催化剂，得到复合溶液；
(3)
向步骤
(2)
制得的所述复合溶液中加入醛类化合物，反应，制得络合有镧离子
、
锆离子及
M
离子的酚醛树脂预聚物；
(4)
将步骤
(3)
制得的所述酚醛树脂预聚物溶于溶剂中，搅拌，静置老化，制得水凝胶；
(5)
将步骤
(1)
制得的所述三元正极材料与步骤
(4)
制得的所述水凝胶混合，冷冻干燥，煅烧，制得所述快离子导体包覆的正极材料
。5.
根据权利要求4所述的一种快离子导体包覆的正极材料的制备方法，其特征在于：步骤
(1)
中，所述镍基三元前驱体中的过渡金属元素与所述锂源中的锂元素的摩尔比为1：
(1.02
‑
1.05)。6.
根据权利要求4所述的一种快离子导体包覆的正极材料的制备方法，其特征在于：步骤
(1)
中，所述镍基三元前驱体由以下步骤制备而成：将
NiSO4·
6H2O、CoSO4·
7H2O
和
MnSO4·
H2O
溶于水中，得到过渡金属硫酸盐水溶液，再加入氨水...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞亚霖，李长东，阮丁山，刘伟健，陈希文，罗翠苹，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：