锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极材料，其包括含镍正极材料和包覆在含镍正极材料表面的包覆层，其中，含镍正极材料的化学通式为LiNi

Positive electrode material for lithium ion battery, preparation method thereof and lithium ion battery

The invention discloses a cathode material of a lithium ion battery, which comprises a nickel containing positive electrode material and a coating layer coated on the surface of a nickel containing positive electrode material, wherein the chemical formula of the nickel containing positive electrode material is LiNi

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池
本专利技术属于新能源材料领域，更具体地说，本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
高镍正极材料由于具有较高的容量和较好的循环性能，是目前锂离子电池正极材料的发展方向之一。但是，循环性能太差阻碍了高镍正极材料的推广和应用，例如，NCM622材料在4.3V下的循环性能远远不能满足实际使用需求。因此，提高高镍正极材料的循环性能是促使其工业化应用的关键。目前，业界通常采用表面包覆氧化物的方式来提高高镍正极材料的循环性能，也取得了一定的效果，其中，氧化铝包覆材料应用最为广泛。但是，在高电压和较高温度下时，氧化铝包覆对正极材料的循环性能改善并不明显。有研究表明，可通过氧化硅包覆来抑制高电压和高温条件电解液中HF的产生，从而降低电解液副产物对正极材料表面的破坏，实现正极材料循环性能的提高。例如，相关技术揭示了通过正硅酸四乙酯水解法在富锂锰基材料表面包覆二氧化硅以提高其稳定性，但是，正硅酸四乙酯有毒性，且该方法成本较高，不适合工业化应用。相关技术还通过稀硫酸与硅酸钠反应，在材料表面生成二氧化硅来改善材料的循环稳定性，但是该方法对环境不友好，且酸液会腐蚀材料导致其容量显著下降，实用性较差。有鉴于此，确有必要提供一种具有理想循环性能和动力学性能的锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有正极材料的不足，提供一种具有理想循环性能和动力学性能的锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料，其包括含镍正极材料和包覆在含镍正极材料表面的包覆层，其中，含镍正极材料的化学通式为LiNixM1-xO2，0.5≤x≤1，M为Co、Mn、Al中的一种或几种，包覆层包含磷酸钒锂和二氧化硅。本专利技术选择磷酸钒锂和二氧化硅作为包覆物是因为：磷酸钒锂结构稳定并能改善锂离子电池的动力学性能、提高电池容量；二氧化硅的热稳定性好，能够抑制HF对阴极材料的腐蚀，从而改善锂离子电池的循环性能。作为本专利技术锂离子电池正极材料的一种改进，所述二氧化硅的粒径为15～60nm。作为本专利技术锂离子电池正极材料的一种改进，所述含磷酸钒锂和二氧化硅的包覆层的厚度为60～200nm。包覆层的厚度由包覆物质的量决定，太厚会恶化锂离子电池的电性能，太薄则改善效果不明显且包覆过程难以实现。作为本专利技术锂离子电池正极材料的一种改进，所述磷酸钒锂占所述含镍正极材料质量的0.2～1％。磷酸钒锂的用量在前述质量范围时，既能有效改善锂离子电池的动力性能，又不会使循环性能出现恶化。作为本专利技术锂离子电池正极材料的一种改进，所述二氧化硅占所述含镍正极材料质量的0.05～0.2％。二氧化硅的用量在前述质量范围时，既能有效改善锂离子电池的循环性能，又可避免因加入二氧化硅太多而导致正极材料克容量降低。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将磷酸钒锂、二氧化硅和含镍正极材料混合、研磨，其中，含镍正极材料的化学通式为LiNixM1-xO2，0.5≤x≤1，M为Co、Mn、Al中的一种或几种；(2)将步骤(1)所得中间产物干燥、煅烧；(3)将步骤(2)所得中间产物冷却、破碎、过筛，得到锂离子电池正极材料。上述制备方法中，步骤(1)中的磷酸钒锂可以是直接作为原料与二氧化硅、含镍正极材料混合加工，也可以是通过反应物在湿法包覆过程中反应间接生成磷酸钒锂。优选地，磷酸钒锂的反应物可以为碳酸锂、五氧化二钒、磷酸二氢铵和草酸(或盐酸)，各反应物的称取量可根据磷酸钒锂占含镍正极材料的质量百分比计算而得。作为本专利技术锂离子电池正极材料的制备方法的一种改进，步骤(1)中，所述混合、研磨时，以乙醇、丙醇、乙二醇中的一种或几种为介质；优选以乙醇为介质，通过球磨机进行球磨湿法共混。作为本专利技术锂离子电池正极材料的制备方法的一种改进，步骤(2)中，所述干燥是在60～150℃下干燥4～8h。作为本专利技术锂离子电池正极材料的制备方法的一种改进，步骤(2)中，所述煅烧在氮气或氩气气氛下进行，煅烧温度为500～550℃，煅烧时间为6～8h。作为本专利技术锂离子电池正极材料的制备方法的一种改进，步骤(3)中，所述过筛是过200目筛。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，以及电解液，其中，正极片包括正极集流体和分布于正极集流体上的正极材料，负极片包括负极集流体和分布在负极集流体上的负极材料，其中，正极材料包含前述锂离子电池正极材料或根据前述方法制备的锂离子电池正极材料。与现有技术相比，本专利技术锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池具有如下优点：1)本专利技术采用磷酸钒锂和二氧化硅的混合物作为含镍正极材料的表面包覆物，二氧化硅可以显著优化正极材料的循环性能，磷酸钒锂可抑制二氧化硅包覆导致正极材料电阻的增加和动力学性能的降低，所得锂离子电池正极材料的动力学性能和在高电压下的循环稳定性均有显著改善；2)本专利技术锂离子电池正极材料的制备方法具有工艺路线简单、参数容易控制、流程短、成本低、对环境无污染等优点，适合大规模生产，具有良好的应用前景；3)本专利技术锂离子电池采用磷酸钒锂和二氧化硅的混合物包覆含镍正极材料作为锂离子电池正极材料，在高电压下的循环性能得到显著提高，其动力学性能也明显提升。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池及其有益效果进行详细说明。图1为对比例1正极材料的SEM图(×10000)。图2为本专利技术实施例1制得的锂离子电池正极材料的SEM图(×10000)。图3为本专利技术实施例5和对比例2在常温下的全电池循环曲线图。图4为本专利技术实施例5和对比例2在45℃下的全电池循环曲线图。图5为本专利技术实施例5和对比例2在不同SOC状态下的直流电阻图。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例和附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例只是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术，实施例的配方、比例等可因地制宜做出选择而对结果并无实质性影响。实施例1在正极材料LiNi0.65Co0.15Mn0.2O2表面包覆磷酸钒锂和二氧化硅，其制备方法如下：(1)将磷酸钒锂、二氧化硅和LiNi0.65Co0.15Mn0.2以乙醇作为介质球磨湿法共混1h，其中，磷酸钒锂占LiNi0.65Co0.15Mn0.2质量的0.2％，二氧化硅(平均粒径15nm)占LiNi0.65Co0.15Mn0.2质量的0.08％；(2)将步骤(1)所得中间产物于80℃下干燥4h，并在氮气气氛保护下，将干燥后的物质在500℃下煅烧6h，升温速率是5℃/min；(3)将步骤(2)所得中间产物随炉冷却、破碎并过200目筛，得到表面包覆有磷酸钒锂和二氧化硅的包覆层的锂离子电池正极材料，其SEM图如图2所示。对图2可以看出，本专利技术所得锂离子电池正极材料表面存在一层较薄的包覆层，且包覆层在正极材料的表面均匀分布。实施例2在正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2表面包覆磷酸钒锂和二氧化硅，磷酸钒锂由碳酸锂、五氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料包括含镍正极材料和包覆在含镍正极材料表面的包覆层，其中，含镍正极材料的化学通式为LiNi

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料包括含镍正极材料和包覆在含镍正极材料表面的包覆层，其中，含镍正极材料的化学通式为LiNixM1-xO2，0.5≤x≤1，M为Co、Mn、Al中的一种或几种，包覆层包含磷酸钒锂和二氧化硅。2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述二氧化硅的粒径为15～60nm。3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述含磷酸钒锂和二氧化硅的包覆层的厚度为60～200nm。4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述磷酸钒锂占所述含镍正极材料质量的0.2～1％。5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述二氧化硅占所述含镍正极材料质量的0.05～0.2％。6.一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将磷酸钒锂、二氧化硅和含镍正极材料混合、研磨，其中，含镍正极材料的化学通式为LiNixM1-xO2，0.5≤x≤1，M为Co、Mn、Al中的一种或几...

【专利技术属性】
技术研发人员：况新亮，陈玉君，汪龙，柳娜，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35