Al2O3改性的高镍正极材料制造技术

本发明专利技术公开了

【技术实现步骤摘要】
Al2O3改性的高镍正极材料、电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，特别是
Al2O3改性的高镍正极材料
、
电池及其制备方法
。

技术介绍

[0002]电化学储能研究领域在提高锂离子电池的能量和功率密度
、
安全性
、
长期循环稳定性和性价比方面付出了巨大的努力
。
有鉴于此，能够保持更高的能量密度以延长循环寿命的正极材料无疑是需要解决的主要课题
。
高镍正极通常被认为是继
LiFePO4和
LiCoO2之后最有前途的替代品
。
[0003]在各种可能的组成中，高镍正极
LiNi
x
TM1‑
x
O2(x>0.8)
因其较高的能量密度和成本效益而被广泛重视
。
但是高镍正极材料也存在待解决的技术问题：首先是颗粒表面的相转变，容易引起电池容量
、
循环性能的衰减；二是循环后颗粒碎裂，引起电化学性能衰减，导致热稳定性
、
安全性能下降
。
[0004]多年来，许多方法被用来稳定电化学性能，包括表面改性
、
晶格掺杂
、
制备核壳
、
浓度梯度结构
、
单晶材料等
。
采用表面包覆来提高富镍正极材料的结构稳定性和电化学性能
。
表面包覆可以保护材料主体结构免受
HF
的侵蚀并抑制电极和电解质之间的副反应
。Al2O3是一种典型的稳定氧化物，被广泛用于正极材料表面包覆
。
此外，
Al2O3本身不与电极或电解质反应，因此提供覆盖层避免电极和电解质之间的早期反应
。
但是，以
Al2O3作为包覆材料的研究中一般只能得到不均匀的包覆层
。
[0005]CN104201323A
公开的一种对钴酸锂正极材料进行气相沉积氧化铝的方法，主要工艺是将含铝化合物
(
异丙醇铝
、
硬脂酸铝
、
乙酸铝
、
乙酰丙酮铝
、
异丙基氧化铝
)、
钴酸锂在转炉中混合均匀后加热使含铝化合物汽化，再通入水蒸气使得含铝化合物水解成氢氧化铝沉积到钴酸锂表面，再加热得到氧化铝包覆钴酸锂正极材料
。
该方法与
ALD
的电脑程序工艺相比，整个过程不可控因素和误差较大，并不具有规模化生产的优势，同时钴酸锂的实际放电比容量不足
180mAh
·
g
‑1，远低于同为层状结构的高镍三元正极材料，并不符合未来发展需求
。
[0006]CN113488643A
公开的一种通过原子沉积系统对锂离子电池三元正极材料电极片表面进行氧化铝包覆，该专利虽然采用了
ALD
沉积的方法，电池性能得到了一定提升，但是该方法对电极片进行沉积的方法，只适用于实验室小规模探究，无法在工业化大规模应用
。
[0007]因此，为了保证改性效果，开发一种适用于工业化应用，又符合未来发展趋势的锂离子电池正极材料势在必行
。
同时专利
CN113488643A
的载气吹扫时间均在
20
～
45s
，不仅增加时间成本，而且过多的气体吹扫也会增加经济成本，因此本专利的吹扫时间控制在
10s
，仍然能够是达到预期的包覆效果
。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种
Al2O3改性的高镍正
极材料
、
电池及其制备方法，保证了电池具有较高的比容量
、
循环性能，结构稳定
。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种
Al2O3改性的高镍正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1、
将高镍正极材料前驱体与锂源混合，然后进行烧结，接着进行研磨过筛，得到高镍正极氧化物多晶料；
[0011]S2、
以铝盐和水为原料，通过
ALD
工艺分别在所述高镍正极氧化物多晶料表面沉积
Al2O3，然后通过烧结处理，最终得到
Al2O3改性的锂离子电池高镍正极材料
。
[0012]本专利技术通过先锂化，再进行
Al2O3沉积的正极材料明显拥有更好的层状结构
。
如果先对前驱体进行
Al2O3沉积，后期高温和长时间的锂化烧结过程，导致过多的锂铝氧化物生成，影响了正极材料的结晶性，也会影响锂离子的脱出
。
[0013]在本专利技术的一个优选的实施例中，
S1
中所述烧结为高温分段烧结；所述高温分段烧结为先
450
～
550℃
保温3～
5h
，然后
600
～
800℃
保温
12
～
16h
；优选地，所述高温分段烧结为先在
450
～
550℃
保温3～
5h
，然后
680
～
720℃
保温
12
～
16h
；进一步优选地，所述高温分段烧结为先在
500
～
550℃
保温4～
5h
，然后
700
～
720℃
保温
14
～
16h。
[0014]本专利技术
S1
中的烧结温度拥有更好的层状结构
。
[0015]在本专利技术的一个优选的实施例中，
S2
中所述烧结的温度为
300
‑
600℃
，优选地，
S2
中所述烧结的温度为
300
‑
400℃。
[0016]在本专利技术的一个优选的实施例中，
S2
中所述烧结的时间为3‑
5h
，优选地，
S2
中所述烧结的时间为4‑
5h。
[0017]本专利技术
S2
中的烧结温度能够形成结晶性更好，也更均匀的改性层，更有利于提升材料的循环稳定性
。
[0018]在本专利技术的一个优选的实施例中，所述高镍正极材料前驱体与锂源的质量比为
3.80
～
4.0g:1.82g
；
[0019]所述高镍正极材料前驱体为
Ni
0.928
Co
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Al2O3改性的高镍正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、
将高镍正极材料前驱体与锂源混合，然后进行烧结，接着进行研磨过筛，得到高镍正极氧化物多晶料；
S2、
以铝盐和水为原料，通过
ALD
工艺分别在所述高镍正极氧化物多晶料表面沉积
Al2O3，然后通过烧结处理，最终得到
Al2O3改性的锂离子电池高镍正极材料
。2.
根据权利要求1所述的
Al2O3改性的高镍正极材料的制备方法，其特征在于，
S1
中所述烧结为高温分段烧结；所述高温分段烧结为先
450
～
550℃
保温3～
5h
，然后
600
～
800℃
保温
12
～
16h
；优选地，所述高温分段烧结为先在
450
～
550℃
保温3～
5h
，然后
680
～
720℃
保温
12
～
16h
；进一步优选地，所述高温分段烧结为先在
500
～
550℃
保温4～
5h
，然后
700
～
720℃
保温
14
～
16h。3.
根据权利要求1所述的
Al2O3改性的高镍正极材料的制备方法，其特征在于，
S2
中所述烧结的温度为
300
‑
600℃
，优选地，
S2
中所述烧结的温度为
300
‑
400℃。4.
根据权利要求1所述的
Al2O3改性的高镍正极材料的制备方法，其特征在于，
S2
中所述烧结的时间为3‑
5h
，优选地，
S2
中所述烧结的时间为4‑
5h。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的
Al2O3改性的高镍正极材料的制备方法，其特征在于，所述高镍正极材料前驱体与锂源的质量比为
3.80
～
4.0g
：
1.82g
；所述高镍正极材料前驱体为
Ni
0.928
Co
0...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒心，杨斌，张毅，胡兴，
申请(专利权)人：湖南航天天麓新材料检测有限责任公司，
类型：发明
国别省市：