用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法技术

本发明专利技术公开了用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法，应用对象为超高镍三元正极材料，化学式为

【技术实现步骤摘要】
用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料
，涉及用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法
。

技术介绍

[0002]在二次电池领域，锂离子电池具备较高的能量密度与功率密度，受到广泛应用；尤其在新能源汽车领域，锂离子电池更成为动力电池的代表；高镍三元
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2(x≥0.6)
正极材料因其高镍低钴的构成，在实现材料较高放电容量的同时降低了材料的成本，同时具备较高的放电电压和优异的电子电导率，符合对于电动汽车长续航里程的要求以及工业化生产要求，因此成为近些年的研究热点；
[0003]为了获得较高的放电容量，需要提升镍含量或将电池充电到较高截止电压，此时由于锂离子过度脱出会引发一系列表界面结构衰退问题，包括阳离子混排
、
晶格氧逸出
、
表面不可逆相变
、
裂纹萌生与材料沿晶界破碎
、
过渡金属溶解等问题；为了提升高镍三元正极材料在高度脱锂态下的表界面结构稳定性，抑制电极材料和电解液之间的界面副反应，通常对材料进行掺杂和表面改性
。
[0004]超高镍三元
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2(x>0.8)
正极材料具备更高的放电容量和更低的成本，有利于电池能量密度的进一步提升，但因为镍含量的提升而使得上述表界面结构衰退问题更加严重
。
目前针对超高镍三元正极材料常采用掺杂方式形成径向放射状晶粒，进而抑制各向异性晶格常数变化造成的晶粒破碎；或预制锂镍混排层，减少正极材料和电解液之间的副反应
。
然而只有掺杂特定的离子才能实现上述作用，例如掺入的离子半径与基体离子半径差距不能超过
15
％，掺入的离子应尽量避免与位于锂层的
Ni
2+
形成
180
°
超交换作用，从而减少惰性
NiO
相的生成
。
[0005]表面改性直接作用于电极材料
/
电解质界面，并可在材料制备终端进行快速改性，可通过设计特殊界面功能层实现正极材料功能化应用，例如吸氧层抑制晶格氧逸出，快离子导体层实现快速离子传输，提升倍率性能，负热膨胀层抑制材料晶粒开裂等
。
然而由于超高镍三元
LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2(x>0.8)
正极材料比
LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2(NCM622)、LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2(NCM811)
等典型高镍三元正极材料表面具备更高浓度的
Ni
3+
，化学稳定性和空气稳定性更差，对高压以及空气中的水分和二氧化碳更为敏感，在表面改性过程中很容易和环境介质发生副反应造成容量和循环性能迅速衰减，例如针对
NCM622
和
NCM811
常用的溶剂热法包覆，以水为溶剂的湿法包覆很难应用于超高镍三元正极材料表面改性中，因此亟待开发一种温和
、
高效
、
无水以及环境友好的表面改性方法
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法，解决了超高镍三元正极材料在表面改性过程中界面高化学敏感性和空气敏感性问题，形成均匀，与材料界面结合良好的表面改性层
。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法，具体按以下步骤实施：
[0008]步骤1，将锂源和金属源按比例溶解，得到溶液
A
；在旋转蒸发烧瓶中，将超高镍三元正极材料分散于无水乙醇中，命名为分散液
B
；
[0009]步骤2，将溶液
A
逐滴滴入分散液
B
中，随后将旋转蒸发烧瓶进行减压蒸馏，得到改性中间体；
[0010]步骤3，使用无水乙醇对改性中间体进行洗涤，然后烘干；
[0011]步骤4，将干燥后的改性中间体置于管式炉中进行加热然后保温，即得到表面改性的超高镍三元正极材料
。
[0012]本专利技术的特点还在于：
[0013]其中超高镍三元正极材料化学式为
LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2，式中
a+b+c
＝1，
0.8<a<1
，
0<b<0.2
，
0<c<0.2
；
[0014]其中超高镍三元正极材料的
D50
＝
2.0
～
10.0
μ
m
，振实密度大于
1.6g/cm3，形貌为多晶球形
、
类球形颗粒
、
单晶块状颗粒中的一种，外观为均匀无结块粉末；
[0015]其中步骤1中锂源包括但不限于一水合氢氧化锂
、
碳酸锂
、
甲醇锂
、
乙酸锂中的一种或多种；
[0016]其中金属源包括但不限于五水合硝酸铋
、
硝酸铟
、
钛酸四丁酯
、
氯化锡
、
铌酸铵草酸盐水合物
、
草酸铌铵
、
乙醇铌中的一种或多种；
[0017]其中步骤2中减压蒸馏过程具体为：将旋转蒸发烧瓶压力降低至
15
～
30mbar
，在
30
～
70℃
的加热环境下减压蒸馏，控制蒸馏速率为
0.1
～
1.0ml/min
；
[0018]其中步骤3中烘干过程为：真空烘箱中
60
～
80℃
干燥4～
8h
；
[0019]其中步骤4中管式炉中加热保温过程为：气流量设置为
50
～
150ml/min
，加热至
300
～
600℃
，保温2～
4h
；
[0020]其中步骤4管式炉中气氛包括但不限于空气
、
高纯氧气
、
氩氢混合气
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，将锂源和金属源按比例溶解，得到溶液
A
；在旋转蒸发烧瓶中，将超高镍三元正极材料分散于无水乙醇中，命名为分散液
B
；步骤2，将溶液
A
逐滴滴入分散液
B
中，随后将旋转蒸发烧瓶进行减压蒸馏，得到改性中间体；步骤3，使用无水乙醇对改性中间体进行洗涤，然后烘干；步骤4，将干燥后的改性中间体置于管式炉中进行加热然后保温，即得到表面改性的超高镍三元正极材料
。2.
根据权利要求1所述的用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法，其特征在于，所述超高镍三元正极材料化学式为
LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2，式中
a+b+c
＝1，
0.8<a<1
，
0<b<0.2
，
0<c<0.2。3.
根据权利要求2所述的用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法，其特征在于，所述超高镍三元正极材料的
D50
＝
2.0
～
10.0
μ
m
，振实密度大于
1.6g/cm3，形貌为多晶球形
、
类球形颗粒
、
单晶块状颗粒中的一种，外观为均匀无结块粉末
。4.
根据权利要求1所述的用于锂离子电池超高镍三元正极材料的表面改性方法，其特征在于，所述步骤1中锂源包括但不限于一水合氢氧化锂
、
碳酸锂
、
甲醇锂
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜飞，左稼暄，王敬，杨臻光，张开淋，王晶晶，李文斌，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：