一种改性正极材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种改性正极材料及其制备和应用，所述改性正极材料由正极材料基体经过包覆得到的，所述正极材料基体由式Li(Ni1‑x‑yCoxMny)O2表示，其中，1‑x‑y≥0.5，0.4＞x＞0，0.4＞y＞0；所述制备方法包括将正极材料基体加入到含铝溶胶以及含硅溶胶中进行包覆；再用锂源氢氧化锂进行调节，即得到改性后的正极材料。本发明专利技术制备得到的改性正极材料应用于锂离子电池，使得锂离子电池的放电性能好，循环性能好。

A Modified Cathode Material and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种改性正极材料及其制备和应用
本专利技术涉及电池正极材料领域，特别涉及一种锂离子电池的改性正极材料及其制备方法。
技术介绍
目前市场上锂离子电池正极材料对Li(Ni1-x-yCoxMny)O2(Ni:Co:Mn＝5:2:3或6:2:2)已经商业化生产，虽然循环性能整体不错，但是后期循环也不是很理想，能量密度满足不了未来市场要求，面对动力型市场的广阔前景和激烈竞争，客户对于性能又提出更好的要求。申请号为201110222398.X的中国专利公开了一种锂离子电池正极材料湿法包覆铝的制备方法，包括以下步骤：制备前驱体并配制成一定固含量的浆液；将事先溶解有异丙醇铝的异丙醇溶液按照一定的速度滴加到前躯体浆液中，控制适当的滴加速度、温度、搅拌速度；滴加完毕后，陈化一定的时间，过滤、洗涤、干燥，得到包覆铝的镍钴锰前躯体；将包覆铝的前驱体与锂盐混合均匀，经过高温处理一定的时间，冷却、粉碎，即得到湿法包覆异丙醇铝的锂离子电池正极材料；现有技术提供的这种包覆异丙醇铝的锂离子电池正极材料虽然改善了正极材料制备的锂离子电池的高温安全性能和循环特性；但是现有技术提供的正极材料制备的锂离子电池的循环稳定性和高温存储性能还有待于进一步的提高。本专利技术旨在提高LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料的容量和循环，满足未来几年市场的需求。因此，亟需一种改性三元材料以及制备方法使得三元正极材料的电性能更好，方法简单，满足产业化生产的需要。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：将正极材料基体用含铝溶胶以及含硅溶胶包覆，然后用锂源进行处理，煅烧，从而得到改性正极材料。本专利技术制备得到的改性正极材料放电性能好，循环性能好。此制备方法条件简单，对生产的设备需求低，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面：(1)一种改性正极材料，所述改性正极材料由正极材料基体包覆得到的，正极材料基体由式Li(Ni1-x-yCoxMny)O2表示，其中，1-x-y≥0.5，0.4＞x＞0，0.4＞y＞0，优选地，x为0.2，y为0.3，或者x为0.2，y为0.2。(2)一种改性正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，制备正极材料基体；步骤2，对步骤1得到的体系进行包覆；步骤3，将步骤2得到的产物进行后处理，得到最终产品。(3)根据上述(1)所述的改性正极材料的用途，所述改性正极材料应用于锂离子电池，该锂离子电池在55℃下50周循环容量保持率大于97％。根据本专利技术提供的改性正极材料及其制备和应用，具有以下有益效果：1)本专利技术提供的改性正极材料制备的电池在55℃下50周循环容量保持率大于97％，提高了正极材料的电性能；2)本专利技术提供的改性正极材料一方面由于溶胶在颗粒表面形成物理阻挡层，保护本体材料受到电解液的腐蚀；另一方面溶胶的粒径小，胶粒个数和接触点急剧增加，使其具有超强的粘结力，增加包覆强度，增强材料的高温稳定性；3)整个制备方法工艺简单，对使用的生产设备要求不高，易于操作这些因素均有利于产业化的推广。附图说明图1示出实施例1和对比例1的SEM图；图2示出实施例3和对比例2的SEM图；图3示出的实施例1和对比例1循环曲线图；图4示出实施例3和对比例2的循环曲线图；图5示出实施例2和对比例1的循环曲线图；图6示出实施例1和对比例3的循环曲线图；图7示出实施例3和对比例4的循环曲线图；图8示出实施例1和对比例5的循环曲线图；图9示出实施例1和对比例6的循环曲线图。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。本专利技术的目的是提供一种改性正极材料，所述改性正极材料由正极材料基体通过含铝溶胶包覆得到的；所述正极材料基体由式Li(Ni1-x-yCoxMny)O2表示，其中，1-x-y≥0.5，0.4＞x＞0，0.4＞y＞0；优选地，所述x为0.2，y为0.3或者x为0.2，y为0.2；所述含铝溶胶为铝溶胶，其固含量为2％-20％，优选为5％～15％。所述改性正极材料还包括由含硅溶胶包覆，所述含硅溶胶固含量为5％-40％，优选为15％～30％。所述含硅溶胶为铝改性硅溶胶。本专利技术还提供一种改性正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，制备正极材料基体；步骤2，对步骤1得到的基体进行包覆；步骤3，将步骤2得到的产物进行后处理，得到最终产品。步骤1，制备正极材料基体。在本专利技术中，所述正极材料基体由式Li(Ni1-x-yCoxMny)O2表示，其中，1-x-y≥0.5，0.4＞x＞0，0.4＞y＞0；进一步地，所述x为0.2，y为0.3或者x为0.2，y为0.2。步骤1包括以下子步骤：子步骤1-1，将镍源、钴源以及锰源混合分散；子步骤1-2，除去子步骤1-1体系的分散剂并进行干燥；子步骤1-3，将子步骤1-2得到的体系同锂源混合，并煅烧，得到正极材料基体。优选地，子步骤1-1中，所述镍源、钴源以及锰源为可溶于水或醇的盐，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍，进一步优选为乙酸镍，所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴、氯化钴，进一步优选为乙酸钴，所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰，进一步优选为乙酸锰，所述镍源、钴源以及锰源的摩尔比为5:2:3或6:2:2。所述混合分散为镍源、钴源以及锰源为用分散剂分散混合，所述分散剂为水，进一步优选为去离子水、蒸馏水、纯净水，更进一步优选为去离子水。所加分散剂的量为使得溶液的总摩尔浓度为2mol/L，即阳离子的总摩尔浓度为2mol/L。子步骤1-2中，所述除去分散剂的温度为40～90℃，进一步优选为50～60℃，此温度下加热蒸发除去分散剂。在一种优选的实施方式中，除去分散剂的温度为80℃。除去分散剂的方式没有特别限定，本专利技术中用油浴加热，常压蒸发掉分散剂。本专利技术中，除去分散剂的量使得混合体系变成溶胶状结束，此处的溶胶状态是一种粘稠状的固液体系，不分层且分布均匀。将溶胶状的材料放在鼓风干燥箱中干燥，干燥温度为90～140℃，优选为110～130℃，如120℃，直到变为蓬松状取出。溶胶在温度区间内随着水分的蒸发会受热膨胀，直到成为蓬松状，蓬松状态容易粉碎；另外，所得蓬松状的固体一方面保证前驱体原材料混合的较均匀，另一方面保证前驱体的量不减少。子步骤1-3中，所述锂源为氢氧化锂LiOH，其中LiOH的量为上述镍源的镍摩尔数、上述钴源的钴摩尔数、上述锰源的锰摩尔数三者之和的1.05倍为宜。本专利技术中，混合后，用150目筛过5遍，直到看不见白点或者白线为止，即锂源LiOH与子步骤1-2的体系混合比较均匀。本专利技术中，混合均匀后，在氧气气氛下混合料进行高温煅烧。以5℃/min的升温速率升温，气量40L/min，煅烧温度为200℃～1000℃，煅烧时间为24～48h。在进一步优选的实施方式中，所述煅烧温度优选为200℃煅烧3h，500℃煅烧3h，800℃煅烧12h，970℃煅烧12h。冷却后取出过300目筛，待用。200℃烧结目的是去除结晶水和溶剂；500℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性正极材料，其特征在于，所述改性正极材料由正极材料基体通过含铝溶胶包覆得到的。

【技术特征摘要】
1.一种改性正极材料，其特征在于，所述改性正极材料由正极材料基体通过含铝溶胶包覆得到的。2.根据权利要求1所述的改性正极材料，其特征在于，所述正极材料基体由式Li(Ni1-x-yCoxMny)O2表示，其中，1-x-y≥0.5，0.4＞x＞0，0.4＞y＞0，优选地，所述x为0.2，y为0.3或者x为0.2，y为0.2；所述含铝溶胶为铝溶胶，其固含量为2％～20％，优选为5％～15％。3.根据权利要求1所述的改性正极材料，其特征在于，所述改性正极材料还包括由含硅溶胶包覆，所述含硅溶胶固含量为5％～40％，优选为15％～30％。4.一种改性正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，制备正极材料基体；步骤2，对步骤1得到的基体进行包覆；步骤3，将步骤2得到的产物进行后处理，得到最终产品。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述正极材料基体由Li(Ni1-x-yCoxMny)O2表示，其中，1-x-y≥0.5，0.4＞x＞0，0.4＞y＞0，优选地，所述x为0.2，y为0.3或者x为0.2，y为0.2。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1包括以下子步骤：子步骤1-1，将镍源、钴源以及锰源混合分散；子步骤1-2，除去子步骤1-1体系的分散剂并进行干燥；子步骤1-3，将子步骤1-2得到的体系同锂源混合，并煅烧，得到正极材料基体。优选地，子步骤1-1中，所述镍源、钴源以及锰源均为可溶性于水或醇的盐，所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍，进一步优选为乙酸镍，所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴、氯化钴，进一步优选为乙酸钴，所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰，进一步优选为...

【专利技术属性】
技术研发人员：高智，朱晓沛，张家文，张媛娇，沙金，屈兴圆，苏迎春，
申请(专利权)人：天津国安盟固利新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12