本发明专利技术属于锂离子电池领域，涉及锂离子电池正极材料及其制备方法，具体为一种高电位锂离子电池NCM三元正极材料及其制备方法；用以克服现有锂离子电池正极材料层状高镍镍钴锰酸锂NCM811及其衍生品电化学循环性能差的缺点。本发明专利技术正极材料的分子表达式为：Li(Ni
A ternary cathode material for high potential lithium ion battery NCM and its preparation method
The invention belongs to the field of lithium-ion battery, and relates to a positive material of lithium-ion battery and a preparation method thereof, in particular to a high potential lithium-ion battery NCM ternary positive material and a preparation method thereof, which is used to overcome the disadvantages of the existing positive material of lithium-ion battery, the layered high nickel cobalt manganate lithium ncm811 and its derivatives with poor electrochemical cycle performance. The molecular expression of the positive electrode material of the invention is: Li (Ni
【技术实现步骤摘要】
一种高电位锂离子电池NCM三元正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及锂离子电池正极材料及其制备方法，具体为锂离子电池正极材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y及其制备方法，其中，0<x+y≤0.2。
技术介绍
锂离子电池因其具有能量密度高、自放电小、循环稳定性能优异以及无记忆效应等特点，使其成为了当下新能源汽车产业中的动力电池领域至关重要的一部分。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成；其中，锂离子电池正极材料目前工业化的主要有：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元正极材料；三元正极材料(NCM)主要包括以下几种材料：LiNi0.333Co0.333Mn0.333O2(111)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(523)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(622)、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(811)。为了满足了市场对正极材料能量密度的需求，三元正极材料正向高镍(Ni≥0.6)方向发展，材料的比容量会显著升高，但锂镍阳离子混排效应增强，材料的循环稳定性下降。目前市场对于LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的能量密度提出了更高的要求，提高正极材料的截至电压是一种可行的方法；但是随着截至电压的提高，副反应会随之加剧，材料的循环稳定性能急剧下降；而大量研究表明：材料循环性能较差的主要原因，通过循环后，正极极片上活性材料产生的大量微裂纹，使材料的极化增大，阻抗增加，电解液渗透到微裂纹中造成短路等。专利技术内容本专利技术的目的在于针对锂离子电池正极材料层状高镍镍钴锰酸锂NCM811(LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2)及其衍生品电化学循环性能差的缺点，特别是在高截止电压情况下，提供一种循环过程中抑制微裂纹产生的高价态Si4+梯度掺杂结合表面形成的Li2SiO3包覆改性的锂离子电池正极材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y及其制备方法，其中0<x+y≤0.2。该锂离子电池正极材料具有较高的放电比容量和优异的循环稳定性能，能够满足较大倍率充放电循环需求，其制备方法采用传统的固相法进行体相掺杂，操作简单，易于工业化生产，制备的产品纯度高、化学均匀高、结晶品质高、产物颗粒细小且分布均匀、电化学性能优良且制造成本较低。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高电位锂离子电池正极材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y，其特征在于，所述锂离子电池正极材料的分子表达式为：Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y，其中，0<x+y≤0.2、且y《x，@表示Li2SiO3包覆于Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2表面。上述锂离子电池正极材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.以酒精或纯水为分散剂，将前驱体与硅源按摩尔比：(1-x-y):(x+y)进行混合研磨，研磨均匀后烘干，得到混合物1；步骤2.以酒精或纯水为分散剂，将锂源与步骤1所得混合物1按摩尔比：(1～1.15):1进行混合研磨，研磨均匀后烘干，得到混合物2；步骤3.将混合物2置于管式炉中，于氧气气氛下，先以3℃/min升温至480～580℃预烧6～12h，再以2℃/min升温至750～850℃焙烧15～24h，自然降温后将产物磨细过筛，制得Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y，其中，0<x+y≤0.2、且y《x。在步骤1中，所述前驱体为Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2及其衍生品。在步骤2中，所述锂源原料为碳酸锂、硝酸锂、乙酸锂、氯化锂、氧化锂和氢氧化锂中的至少一种。在步骤1中，所述硅源原料为二氧化硅、纳米二氧化硅、四氯化硅、正硅酸乙酯、偏硅酸乙酯、正硅酸盐、偏硅酸盐中的至少一种。本专利技术将高价态Si4+掺杂与自主形成快锂离子导体Li2SiO3包覆相结合，对镍钴锰酸锂(LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2)掺入少量的Si4+(0<x+y≤0.2)，Si4+梯度掺杂取代过渡金属的位置；同时，Si4+与表面残碱自动生成Li2SiO3进行表面包覆，从而得到锂离子电池正极材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y；一方面，少量的Si4+体相掺杂，其硅氧键形成铰链结构，提高了材料的内部结构稳定性，抑制了表面微裂纹的产生；另一方面，由于二氧化硅与表面残碱的作用，消耗了表面残碱，降低了表面碱性，提高了材料加工性能；表面生成的Li2SiO3对Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2进行了表面包覆，有效抑制了表面副反应，提高了表面的稳定性，同时提升了材料的锂离子电导率，得到相较于镍钴锰酸锂三元正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)结构更为稳定的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y，且具有较高的比容量和更优异的循环稳定性。另外，Li2SiO3表面包覆是由二氧化硅与表面残碱自动生成，故其包覆量远远小于Si4+掺杂量，即y《x。综上所述，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术制备的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y层状锂离子电池正极材料，通过极少量的Si4+梯度掺杂取代过渡金属的位置，以及自动生成的层状快锂离子导体Li2SiO3的表面包覆，从而稳定了材料的内部结构，抑制了表面微裂纹的产生；表面包覆同时也减少了表面材料与电解液的副反应，增强了正极材料中锂离子的传输速率。2、本专利技术掺杂采用固相法，经过长时间的研磨，能够实现较为均匀的掺杂分散；克服了传统液相合成法的缺点，制备的包覆层化学均匀性好、形成的包覆层厚度极薄。3、本专利技术制备的高电位正极材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y具有较高的放电比容量和优异的循环性能；在室温环境下，当电压范围在2.8～4.3V，恒电流充放电倍率为0.33C时，该锂离子电池正极材料的首次放电比容量可达到160.5mAhg-1，循环100次以后仍可达到153.9mAhg-1，容量保持率为95.8％；当电压范围在2.8～4.5V，恒电流充放电倍率为0.5C时，该锂离子电池正极材料的初始放电比容量可达到180.0mAhg-1，循环50次以后仍可达到162.6mAhg-1，容量保持率高达90.3％。4、本专利技术的制备过程中无有毒有害物质产生，对环境友好且工艺中所涉及的生产设备简单，较易于实现规模化工业生产。附图说明图1为本专利技术制备锂离子电池正极材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y的工艺流程图。图2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高电位锂离子电池NCM三元正极材料，其特征在于，所述正极材料的分子表达式为：Li(Ni
【技术特征摘要】
1.一种高电位锂离子电池NCM三元正极材料，其特征在于，所述正极材料的分子表达式为：Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)1-x-ySixO2@(Li2SiO3)y，其中，0<x+y≤0.2、且y＜＜x。
2.按权利要求1所述高电位锂离子电池NCM三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.以酒精或纯水为分散剂，以Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2及其衍生品为前驱体，将前驱体与硅源按摩尔比：(1-x-y):(x+y)进行混合研磨，研磨均匀后烘干，得到混合物1；
步骤2.以酒精或纯水为分散剂，将锂源与步骤1所得混合物1按摩尔比：(1～1.15):1进行混合研磨，研磨均匀后烘干，得到混合物2；
步骤3.将混合物2置于管式...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴泉，冉淇文，李蕾，刘金涛，郝帅，何泽珍，胡友作，李浩，肖雨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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