一种复相高压正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，公开了一种复相高压正极材料，由六方层状结构LiNi

A kind of composite high voltage anode material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种复相高压正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池材料
，具体涉及一种复相高压正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池因具有比能量高、体积小、质量轻和循环性能长等优点，被广泛地应用于便携式电子设备、新能源交通工具和储能电源等设备。正极材料作为锂离子电池核心部分之一，占据锂电池成本的40％以上。镍钴锰酸锂(NCM)三元正极材料(LiNixCoyMn1-x-yO2，0＜x,y＜1)具有能量密度高、安全性能好、成本低廉等优点，是现在3C及动力锂电池正极材料的主要类型之一。2017年以来，钴金属价格持续升高，导致三元正极材料的生产成本不断升高；另一方面，政府对新能源汽车的补贴开始退坡，提高了补贴的技术门槛，续航里程越高补贴越高，且随着时间的推移补贴不断降低。故为了节约成本以及提高电动汽车的续航里程，锂离子电池必须要提高能量密度同时降低制造成本等。目前常用策略有：一、在六方层状三元材料体系中提高镍含量来达到提高能量密度，同时降低钴含量来降低成本；二、提高材料的工作电压。策略一，不仅会降低材料的结构稳定性，特别是高电压下结构容易被破坏而降低材料的循环性能；另外，高镍三元材料由于表面残余碱比较高，需要采用水洗或三烧工艺来降低表面残余碱、提高材料的表面稳定性，这样会造成高镍三元材料的加工成本。策略二，直接提高材料工作电压，层状三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2随着上限电压升高，Li+迁出的程度越高，引起的结构相变越大，并且循环过程伴随着新的非活性相生成，最终导致材料的电性能迅速恶化。非电化学活性的岩盐相结构的(Li+N)O具有良好的高温稳定性，在充放电过程中不会出现结构相变。因此，在三元层状材料中引导生成少量的岩盐相，对提高三元锂离子正极材料的结构稳定性是有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复相高压正极材料及其制备方法；该复相高压正极材料综合了层状材料及有序岩盐相的优异性，使该正极材料具有高容量、高电压、长循环以及低成本的优点。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种复相高压正极材料，由六方层状结构LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2、岩盐相(Li+N)O和包覆剂A三部分构成，其化学通式为LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O·cA；其中，0＜a＜0.01，0.33≤x＜1.0，0≤y≤0.33，0.01＜z＜0.5，0＜b＜0.02，0.001＜c＜0.01，x+y+z＝1；M为Mg、Al、Ti、Zr、Sr、Y、Ce、B、W、La、Sn、Zn和Mo中的一种或几种；N为Ni、Co和Mn中的一种或几种；包覆剂A为TiO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Li3PO4、Li2B4O7、Li4TiO4和Li2SiO3中的一种。优选的，LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2为高镍低钴三元材料，即0.55≤x＜0.8，0.05≤y≤0.15，0.15≤z≤0.4，0.002≤b≤0.015，x+y+z＝1，0.0001≤b≤0.015。一种复相高压正极材料制备方法，包括以下步骤：(1)按照化学通式LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O·cA称取镍钴锰氢氧化物、锂源、掺杂M元素源和包覆剂A；(2)将镍钴锰氢氧化物、锂源、掺杂M元素源混合，进行第一次烧结，得到块状LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O；(3)将LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2.a(Li+N)O破碎，加入包覆剂A混合，再进行第二次烧结，破碎，过筛，即得复相高压正极材料LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O·cA。优选地，步骤1)所述镍钴锰氢氧化物的化学通式为NixCoyMnz(OH)2，其中0.330＜x＜1.000，0≤y＜0.330，0.010＜z＜0.500，x+y+z＝1。进一步优选地，其中0.550≤x≤0.800，0.050≤y≤0.150，0.150≤z≤0.400，x+y+z＝1。优选地，步骤1)所述锂源选自碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氧化锂、草酸锂和乙酸锂中的一种或几种。进一步优选地，所述锂源选自碳酸锂和氢氧化锂中的一种或两种。优选地，步骤1)所述掺杂M元素源为H3BO3、B2O3、TiO2、Al(OH)3、Al2O3、ZrO2、WO3、La2O3、CeO、Mg(OH)3、SrO、Sr(OH)2、ZrB2、Y2O3、MgO、SnO2和MoO3中的一种或几种。优选地，步骤(1)所述第一次烧结和步骤(2)第二次烧结是在浓度为20-100％的氧气中烧结。优选地，步骤(1)所述第一次烧结的温度为700℃～1000℃，时间为8h～20h。进一步优选地，步骤(1)所述第一次烧结的温度为700℃～980℃下烧结，时间为10h～14h。优选地，步骤(2)所述第二次烧结的温度为200℃～800℃，时间为3h～10h。进一步优选地，步骤(2)所述第二次烧结的温度为400℃～700℃，烧结的时间为4h～8h。优选地，所述LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O的粒度为1.5-5.0μm。一种锂离子电池，包括所述的复相高压正极材料。本专利技术的优点：1、本专利技术通过控制高温固相反应过程，使之形成六方层状和岩盐相组成的复相结构正极材料，精确调控两相比例，在不牺牲材料电化学活性的前提下提升了材料的结构稳定性，且将部分金属元素进入到六方层状结构中形成共掺杂的复合材料，所得复相正极材料在高电压下具有结构稳定、循环稳定和高容量的优点。2、本专利技术制备复相高电压型正极材料的方法简单易行，对设备要求简单，工艺可控性强，成本低，可用于工业化生产。附图说明图1为实施例1制备的复相高压正极材料的透射电子显微镜图；图2为实施例2制备的复相高压正极材料的扫描电子显微镜图；图3为实施例3制备的复相高压正极材料的扫描电子显微镜图。具体实施方式为了对本专利技术进行深入的理解，下面结合实例对本专利技术优选实验方案进行描述，以进一步的说明本专利技术的特点和优点，任何不偏离本专利技术主旨的变化或者改变能够为本领域的技术人员理解，本专利技术的保护范围由所属权利要求范围确定。实施例1一种复相高压正极材料，是由六方层状结构LiNi0.549Co0.149Mn0.299Al0.01O2、岩盐相(Li+Ni+Mn)O与TiO2构成的复合材料LiNi0.549Co0.149Mn0.299Al0.01O2·0.001(Li+Ni+Mn)O·0.005TiO2。一种复相高压正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将1KgNi0.55Co0.15Mn0.30(OH)2、428gLi2CO3与5.57gAl2O3经机械混合，在950℃下烧结12小时，得到块状LiNi0.549Co0.149Mn0.299Al0.01O2·0.001(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复相高压正极材料，其特征在于：由六方层状结构LiNi

【技术特征摘要】
1.一种复相高压正极材料，其特征在于：由六方层状结构LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2、岩盐相(Li+N)O和包覆剂A三部分构成，其化学通式为LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O·cA；其中，0＜a＜0.01，0.33≤x＜1.0，0≤y≤0.33，0.01＜z＜0.5，0＜b＜0.02，0.001＜c＜0.01，x+y+z＝1；M为Mg、Al、Ti、Zr、Sr、Y、Ce、B、W、La、Sn、Zn和Mo中的一种或几种；N为Ni、Co和Mn中的一种或几种；包覆剂A为TiO2、ZrO2、Al2O3、SnO2、Li3PO4、Li2B4O7、Li4TiO4和Li2SiO3中的一种。


2.权利要求1所述的一种复相高电正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按照化学通式LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O·cA称取镍钴锰氢氧化物、锂源、掺杂M元素源和包覆剂A；
(2)将镍钴锰氢氧化物、锂源、掺杂M元素源混合，进行第一次烧结，得到块状LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O；
(3)将LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2.a(Li+N)O破碎，加入包覆剂A混合，再进行第二次烧结，破碎，过筛，即得复相高压正极材料LiNix-aCoy-aMnz-aMbO2·a(Li+N)O·cA。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘婧婧，汪乾，阮丁山，黄国捍，李长东，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，湖南邦普循环科技有限公司，湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44