一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术适用于锂电池技术领域，提供一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料及其制备方法，其中所述方法包括：制备铝、铒包覆液；将锂离子正极材料分散在水中，调整pH为碱性，在搅拌的状态下先加入铒包覆液再加入铝包覆液，继续搅拌，得到悬浮液；将所述悬浮液过滤，将沉淀物烘干、焙烧、过筛，得到铝、铒包覆的锂离子正极材料。本发明专利技术方法可使金属铝、铒离子很好的溶解在溶液中并且均匀的包覆在正极材料表面，实现了水洗、包覆二合一的目标。在物化性能上有效的降低了高镍锂离子正极材料的残碱，抑制了正极材料与电解液的反应，提高了高镍正极材料的常温和高温循环性能，减少了胀气。

An aluminum and erbium coated high nickel lithium ion cathode material and its preparation method

The invention is applicable to the technical field of lithium battery, provides a high nickel coating, aluminum doped cathode materials of lithium ion and its preparation method, wherein said method comprises: preparing aluminum, coated with ER fluid; the cathode materials of lithium ion and dispersed in water, adjusting pH alkaline in the mixing state before adding erbium coating add the liquid aluminum coating liquid, stirring, suspension is obtained; the suspension filtration, the precipitate drying, roasting, sieving, aluminum, erbium coated lithium ion battery anode materials. The method of the invention can well dissolve metal aluminum and erbium ions in solution, and uniformly coat on the surface of positive materials, achieving the goal of water washing and coating. The physicochemical properties effectively reduce the residual alkali of high nickel lithium ion cathode materials, inhibit the reaction between cathode materials and electrolytes, improve the cycle performance of high nickel cathode materials at room temperature and high temperature, and reduce flatulence.

【技术实现步骤摘要】
一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂电池
，尤其涉及一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料及其制备方法。
技术介绍
由于国内新能源汽车补贴政策与能量密度挂钩，而且目前主流电池正极材料是三元材料，高镍型的锂离子正极材料备受青睐。NCA制成的18650电池成功在特斯拉车上的应用，加速了中国高镍正极材料的研发工作。但由于Ni升高的带来的材料不稳定性又增加了新的挑战，为了解决这一问题，必须对高镍锂离子正极材料进行表面改性。常规的Al2O3，AlF3，Li2MnO3，Li2ZrO3等包覆虽然能取得一定成效，但是化学稳定性和电化学稳定性还是有一定欠缺，并且均匀性也是个问题。要想达到均匀的包覆，需要利用溶液进行湿法包覆，但是一些金属元素想找到可溶性盐非常的困难，例如铈，铒等。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料及其制备方法，旨在解决现有方法无法实现部分金属离子均匀包覆在正极材料表面的技术问题。本专利技术采用如下技术方案：一方面，所述铝、铒包覆高镍锂离子正极材料的制备方法，包括下述步骤：S1、制备铝、铒包覆液；S2、将锂离子正极材料分散在水中，调整pH为碱性，在搅拌的状态下先加入铒包覆液再加入铝包覆液，继续搅拌，得到悬浮液；S3、将所述悬浮液过滤，将沉淀物烘干、焙烧、过筛，得到铝、铒包覆的锂离子正极材料。进一步的，所述制备铝、铒包覆液步骤，具体包括：制备铝包覆液，将铝化合物溶于超纯水中，加热至45～80℃，搅拌至其完全溶解；制备铒包覆液，将铒氧化物溶于有机酸中，加热至80～100℃，搅拌至其完全溶解，时间为5～12h。进一步的，步骤S2中，将锂离子正极材料分散在水中，调整pH至9.5～12.5之间；在搅拌的状态下先加入铒包覆液，当pH降至8～11时加入铝包覆液，继续搅拌得到悬浮液。进一步的，步骤S3中，将所述悬浮液抽滤，将沉淀物即滤饼在真空干燥箱里烘干，烘干后的物料在空气或氧气中继续焙烧，最后过筛，得到铝、铒包覆的锂离子正极材料。进一步的，真空干燥箱的烘干温度是80～120℃，烘干时间为10h，烘干后的物料在200～400℃在空气或氧气中继续烧4～6h。进一步的，步骤S2中加入的铒包覆液和铝包覆液，铒和铝的包覆总量为0.1％～1.0％。进一步的，所述铝化合物为乳酸铝，其中铝的添加量为锂离子正极材料的0.1～0.5％。进一步的，所述铒氧化物的为Er2O3，有机酸为乙酸，Er：有机酸＝1:3～1:10mol％，最后得到的铝、铒包覆的锂离子正极材料中残碱含量为0.5～5mol％。进一步的，所述锂离子正极材料为LiNixCoyMnzMaO2高镍材料，其中，x≥0.6，a，y，z≥0，掺杂元素M为Al，Mg，Ti，Zr中的一种或两种。另一方面，本专利技术还提供了一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料，该材料由上述方法制备得到。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料及其制备方法，通过将锂离子正极材料分散在水中并调节溶液pH值，按顺序现有加入铒包覆液和铝包覆液，可以使金属铝、铒离子很好的溶解在溶液中并且均匀的包覆在正极材料表面，实现了水洗、包覆二合一的目标。另外，并且焙烧后不需要粉碎，减少了工艺步骤，节省了成本。在物化性能上有效的降低了高镍锂离子正极材料的残碱，抑制了正极材料与电解液的反应，提高了高镍正极材料的常温和高温循环性能，减少了胀气。附图说明图1是本专利技术提供的铝、铒包覆高镍锂离子正极材料的制备方法的流程图；图2是实施例一制备的铝、铒包覆的锂离子正极材料的电镜照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术提供的铝、铒包覆高镍锂离子正极材料的制备方法，包括下述步骤：步骤S1、制备铝、铒包覆液。具体的，在制备铝包覆液时，将铝化合物溶于超纯水中，加热至45～80℃，搅拌至其完全溶解。在制备铒包覆液时，将铒氧化物溶于有机酸中，加热至80～100℃，搅拌至其完全溶解，时间为5～12h。这里所述铝化合物可以采用乳酸铝，其中铝的添加量为锂离子正极材料的0.1～0.5％。所述铒氧化物的为Er2O3，有机酸为乙酸，Er：有机酸＝1:3～1:10mol％。步骤S2、将锂离子正极材料分散在水中，调整pH为碱性，在搅拌的状态下先加入铒包覆液再加入铝包覆液，继续搅拌，得到悬浮液。本步骤中，首先将锂离子正极材料分散在水中，使固液质量比为1:1.5～1:10，调整pH至9.5～12.5之间，溶液温度为20～80℃；在搅拌的状态下先加入铒包覆液，当pH降至8～11时加入铝包覆液，继续搅拌10～40min，得到悬浮液。这里所加入的铒包覆液和铝包覆液，铝和铒的包覆总量为0.1％～1.0％。作为一种优选方式，所述锂离子正极材料为LiNixCoyMnzMaO2高镍材料，其中，x≥0.6，a，y，z≥0，掺杂元素M为Al，Mg，Ti，Zr中的一种或两种。步骤S3、将所述悬浮液过滤，将沉淀物烘干、焙烧、过筛，得到铝、铒包覆的锂离子正极材料。本步骤中，将所述悬浮液抽滤，将沉淀物即滤饼在真空干燥箱里烘干，烘干后的物料在空气或氧气中继续焙烧，最后过筛，得到铝、铒包覆的锂离子正极材料，其中残碱含量为0.5～5mol％。真空干燥箱的烘干温度是80～120℃，烘干时间为10h，烘干后的物料在200～400℃在空气或氧气中继续烧4～6h。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。实施例一：(1)首先制备铝包覆液，将100.9g乳酸铝溶于500ml超纯水中，加热至60℃，搅拌至其完全溶解。其次制备铒包覆液，将23.7gEr2O3溶于22.3g乙酸中，加热至90℃，搅拌至其完全溶解，时间为7h。铝包覆量为1000ppm，铒的包覆量为2000ppm。(2)将10kgLiNi0.8Co0.15Mn0.15O2正极材料投入20kg超纯水中，调整pH值在9.5～12.5之间，开启搅拌桨，温度为45℃。在搅拌的状态下首先加入铒包覆液，5分钟之内加完，监测其pH，保证pH在8～11之间，之后加入铝包覆液继续搅拌30分钟。(3)将上述悬浮液进行抽滤，滤饼在120℃真空干燥箱里烘10小时。烘干后的物料在300℃通入空气烧6h。过筛即可得到包覆铝铒的LiNi0.8Co0.15Mn0.15O2锂离子正极材料。将包覆后的LiNi0.8Co0.15Mn0.15O2锂离子正极材料制作成18650电池，在3.0～4.2V电压下以0.2C测试首次容量，1C/1C倍率进行25℃和60℃充放电循环。0.2C下的放电容量为196mAh/g，25℃时循环1500周容量保持率为82％，60℃时循环500周容量保持率为88％。实施例二：(1)首先制备铝包覆液，将100.9g乳酸铝溶于300ml超纯水中，加热至60℃，搅拌至其完全溶解。其次制备铒包覆液，将47.4gEr2O3溶于66.9g乙酸中，加热至80℃，搅拌至其完全溶解，时间为5h。铝包覆量为1000ppm，铒的包覆量为4000ppm。(2)将10kgLiNi0.88Co0.09Al0.03O2正极材料投入2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：S1、制备铝、铒包覆液；S2、将锂离子正极材料分散在水中，调整pH为碱性，在搅拌的状态下先加入铒包覆液再加入铝包覆液，继续搅拌，得到悬浮液；S3、将所述悬浮液过滤，将沉淀物烘干、焙烧、过筛，得到铝、铒包覆的锂离子正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种铝、铒包覆高镍锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：S1、制备铝、铒包覆液；S2、将锂离子正极材料分散在水中，调整pH为碱性，在搅拌的状态下先加入铒包覆液再加入铝包覆液，继续搅拌，得到悬浮液；S3、将所述悬浮液过滤，将沉淀物烘干、焙烧、过筛，得到铝、铒包覆的锂离子正极材料。2.如权利要求1所述铝、铒包覆高镍锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备铝、铒包覆液步骤，具体包括：制备铝包覆液，将铝化合物溶于超纯水中，加热至45～80℃，搅拌至其完全溶解；制备铒包覆液，将铒氧化物溶于有机酸中，加热至80～100℃，搅拌至其完全溶解，时间为5～12h。3.如权利要求2所述铝、铒包覆高镍锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将锂离子正极材料分散在水中，调整pH至9.5～12.5之间；在搅拌的状态下先加入铒包覆液，当pH降至8～11时加入铝包覆液，继续搅拌得到悬浮液。4.如权利要求3所述铝、铒包覆高镍锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，将所述悬浮液抽滤，将沉淀物即滤饼在真空干燥箱里烘干，烘干后的物料在空气或氧气中继续焙烧，最后过筛，得到铝、铒包覆的锂离子正极材料。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世国，张文艳，许国干，李伟，张玉军，刘钰，
申请(专利权)人：格林美无锡能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32