一种三元正极材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种三元正极材料、其制备方法以及应用，该三元正极材料包括镍钴锰酸锂材料，其为NCM622；以及形成于所述镍钴锰酸锂材料表面的包覆层，其中，所述包覆层由(PEA)2SnI4材料组成。通过镍钴锰酸锂材料的表面形成由(PEA)2SnI4组成的包覆层，能够有效提高镍钴锰酸锂的结构稳定性，改善三元正极材料的倍率性能和循环性能，特别是高温循环性能，拓展了三元正极材料的应用范围。了三元正极材料的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种三元正极材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料
，特别涉及一种三元正极材料及其制备方法，还涉及该三元正极材料在制备锂离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池的主要是由正极材料、负极材料、隔膜、电解液等组装而成的，这些材料的性能决定着锂离子电池的性能。正极材料作为锂离子电池的关键之一，其对锂离子电池的性能具有直接的影响，镍钴锰酸锂正极材料（NCM）是目前使用范围最广的商业化正极材料。
[0003]LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2是一种具有类α
‑
NaFeO2的层状结构，较高的比容量以及工作电压。LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2正极材料已经产业化生产并且相当成熟，但仍存在缺点，主要是镍钴锰酸锂电池在充放电过程中Li
+
的嵌入/脱出导致材料不断出现收缩和膨胀，多次循环后，材料会有一定的体积变化，不利于材料的结构稳定性。并且，循环过程中LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2易与电解液发生副反应，导致电池容量的迅速衰减。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术有必要提供一种三元正极材料，以镍钴锰酸锂材料NCM622作为基体材料，在其表面包覆形成由（PEA）2SnI4组成的包覆层，有效提高镍钴锰酸锂的结构稳定性，改善正极材料的倍率性能和循环性能，特别是高温循环性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术首先提供了一种三元正极材料，包括：镍钴锰酸锂材料，其为NCM622；以及形成于所述镍钴锰酸锂材料表面的包覆层，其中，所述包覆层由（PEA）2SnI4材料组成。
[0006]本专利技术进一步提供了一种三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：提供镍钴锰酸锂材料，所述镍钴锰酸锂材料为NCM622；称取摩尔比为2：1的苯乙基碘化铵PEAI和碘化亚锡SnI2，加入溶剂中加热搅拌后，冷却获得混合溶液；将所述混合溶液采用气相沉积法沉积在所述镍钴锰酸锂材料的表面，获得前驱体；将所述前驱体进行退火处理，制得（PEA）2SnI4包覆的镍钴锰酸锂材料。
[0007]进一步方案，所述镍钴锰酸锂材料的制备，包括以下步骤：按照Ni：Co：Mn：Li元素化学计量比0.6:0.2:0.2:1称取镍源、钴源、锰源和锂源，并置于无水乙醇中搅拌均匀，干燥后煅烧，制得镍钴锰酸锂材料。
[0008]进一步方案，所述镍源选自醋酸镍、氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的至少一种；所述钴源选自醋酸钴、硫酸钴、硝酸钴中的至少一种；
所述锰源选自硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的至少一种；所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂中的至少一种。
[0009]进一步方案，所述干燥的温度为80
‑
100℃，时间为2
‑
6h；所述煅烧的工序具体为：在空气气氛下，先于400
‑
600℃预烧5
‑
10h，然后于800
‑
900℃下煅烧8
‑
12h。
[0010]进一步方案，所述溶剂选自N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种以上的混合；所述加热搅拌的温度为50
‑
80℃，搅拌时间为2
‑
4h。
[0011]进一步方案，所述退火处理的温度为300
‑
350℃，时间为2
‑
6h。
[0012]进一步方案，所述前驱体的制备工艺，具体为：将所述镍钴锰酸锂材料放入气相沉积反应腔室，抽真空使压力维持在0.01torr，然后加热反应腔室，将所述混合溶液与纯水的分压设置为0.5torr，以脉冲形式交替通入反应腔室，脉冲后用气体吹扫，反复脉冲、吹扫25
‑
50次，冷却后，获得前驱体。
[0013]进一步方案，所述反应腔室的加热温度为120
‑
160℃，加热时间为1
‑
3h；所述气体为高纯氮气。
[0014]本专利技术还提供了一种锂离子电池，其包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极的活性材料包括如前所述的三元正极材料或者如前任一项所述的制备方法制得的三元正极材料。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的三元正极材料将（PEA）2SnI4材料均匀包覆在镍钴锰酸锂表面，由于（PEA）2SnI4这种包覆结构由无机的碘化锡层和有机的苯乙胺层组成，层与层之间由范德华力连接，具有较高的韧性，可有效缓冲Li
+
在嵌入/脱出过程中的两相界面上的剪切应力，从而提高了三元正极材料的结构稳定性。此外，（PEA）2SnI4包覆层具有疏水性，采用（PEA）2SnI4包覆的镍钴锰酸锂材料在空气氛围下具有较强的稳定性，并能够缓解Ni
4+
与电解液的副反应，显著提高材料的循环性能和倍率性能，尤其是高温循环性能。
具体实施方式
[0016]下面详细描述本专利技术的实施例，下面参考描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0017]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0018]本专利技术第一方面提供了一种三元正极材料，包括基材，该基材为镍钴锰酸锂材料，其NCM622；以及形成于所述基材表面的包覆层，其中，所述包覆层由（PEA）2SnI4材料组成，（PEA）2SnI4材料完全覆盖在镍钴锰酸锂材料的表面以形成对镍钴锰酸锂材料的包覆。可以理解的是，本专利技术中基材的选择为NCM622源于NCM622工艺相对成熟，效果突出，本领域其他镍钴锰酸锂三元材料同样可用于本专利技术的技术方案。
[0019]本专利技术采用（PEA）2SnI4材料将镍钴锰酸锂材料进行包覆，由于（PEA）2SnI4这种包覆结构由无机的碘化锡层和有机的苯乙胺层组成，层与层之间由范德华力连接，具有较高的韧性，可有效缓冲Li
+
在嵌入/脱出过程中的两相界面上的剪切应力，从而提高了三元正
极材料的结构稳定性。此外，（PEA）2SnI4包覆层具有疏水性，采用（PEA）2SnI4包覆的镍钴锰酸锂材料在空气氛围下具有较强的稳定性，并能够缓解Ni
4+
与电解液的副反应，显著提高材料的循环性能和倍率性能，尤其是高温循环性能。
[0020]本专利技术第二方面提供了一种三元正极材料的制备方法，主要包括以下步骤：S100、提供镍钴锰酸锂材料。
[0021]本专利技术实施例中镍钴锰酸锂主要指的是LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元正极材料，其特征在于，包括：镍钴锰酸锂材料，其为NCM622；以及形成于所述镍钴锰酸锂材料表面的包覆层，其中，所述包覆层由(PEA)2SnI4材料组成。2.一种三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供镍钴锰酸锂材料，所述镍钴锰酸锂材料为NCM622；称取摩尔比为2：1的苯乙基碘化铵PEAI和碘化亚锡SnI2，加入溶剂中加热搅拌后，冷却获得混合溶液；将所述混合溶液采用气相沉积法沉积在所述镍钴锰酸锂材料的表面，获得前驱体；将所述前驱体进行退火处理，制得(PEA)2SnI4包覆的镍钴锰酸锂材料。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰酸锂材料的制备，包括以下步骤：按照Ni：Co：Mn：Li元素化学计量比0.6:0.2:0.2:1称取镍源、钴源、锰源和锂源，并置于无水乙醇中搅拌均匀，干燥后煅烧，制得镍钴锰酸锂材料。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述镍源选自醋酸镍、氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的至少一种；所述钴源选自醋酸钴、硫酸钴、硝酸钴中的至少一种；所述锰源选自硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的至少一种；所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂中的至少一种。5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为80
‑
100℃，时间为2
‑
6h；所述煅烧的工序具体为：在空气气氛下，先于400
‑
600℃预烧5
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张路遥，刘兴亮，李鹏飞，姚杰，贾雪莹，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：