一种改性正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种改性正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将正极材料置于反应器，通入铝源后通入钛源；(2)对步骤(1)的反应体系中注入水后通入锂源和磷源；(3)根据所需包覆层层数重复上述步骤，得到所述改性正极材料，本发明专利技术利用原子层沉积方法包覆磷酸钛铝锂于正极材料表面，制备的磷酸钛铝锂涂层均匀致密，且厚度可控，可有效防止高镍正极材料与电解液之间的界面副反应，并保证锂离子在界面脱嵌过程中具有较高的传输效率，最终提升高容量密度锂电池的循环稳定性和倍率性能。率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改性正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种改性正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高能量密度锂离子电池广泛使用高镍正极材料，提高正极材料中镍的比例可以有效提升比容量，以增加电池能量密度，从而缓解电动汽车的里程焦虑。但是目前高镍正极材料在循环过程中会发生容量的快速衰减、阻抗迅速上升，电极
‑
电解液界面容易发生副反应，材料结构稳定性很差。
[0003]通过在高镍正极材料表面包覆涂层可以有效防止电极和电解液直接接触而发生一些副反应，如活性材料的溶解、电解液在活性材料表面的分解等。常见的包覆方法主要有溶胶凝胶、共沉淀、水热法等液相包覆，以及磁控溅射蒸发镀膜、化学气相沉积等物理镀膜方法，但它们往往缺乏保形性，包覆涂层并不均匀，包覆过程会对正极材料内部结构造成破坏。
[0004]CN113451569A公开了一种LATP包覆的高压尖晶石LiNi
0.5
Mn
1.5
O4正极材料及其制备方法，将Li2CO3，NiO，MnO加入到玛瑙球磨罐中，添加无水乙醇使其混合均匀，形成悬浊液，经过球磨后得到浆料；浆料经过烘干后进行预烧得到LiNi
0.5
Mn
1.5
O4正极材料前驱体粉末；再将LATP前驱体粉末与LiNi
0.5
Mn
1.5
O4正极材料前驱体粉末混合末经加热搅拌混合均匀后，进行第二次烧结，得到正极材料。
[0005]CN114613951A公开了一种固态电池正极材料的包覆方法，包括以下操作步骤：将包覆材料锂源、铝源、(钛源或锗源)、磷源溶于溶剂中，搅拌均匀，得到包覆材料前驱体溶液；将正极材料用载气悬浮于流化床反应器中；将包覆材料前驱体溶液雾化后通入流化床反应器中，并控制流化床反应器的温度在70～130℃，使包覆材料前驱体溶液吸附沉积于正极材料表面并同时蒸干溶剂，得到包覆材料前驱体包覆的正极材料；将包覆材料前驱体包覆的正极材料进行高温煅烧，得到具有LATP包覆层或LAGP包覆层的正极材料。
[0006]上述方案制得正极材料存在有包覆层不均匀，包覆和烧结过程中正极材料内部结构遭到破坏，导致正极材料性能下降的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种改性正极材料及其制备方法和应用，本专利技术利用原子层沉积方法包覆磷酸钛铝锂于正极材料表面，制备的磷酸钛铝锂涂层均匀致密，且厚度可控，可有效防止高镍正极材料与电解液之间的界面副反应，并保证锂离子在界面脱嵌过程中具有较高的传输效率，最终提升高容量密度锂电池的循环稳定性和倍率性能。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种改性正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将正极材料置于反应器，通入铝源后通入钛源；
[0011](2)对步骤(1)的反应体系中注入水后通入锂源和磷源；
[0012](3)根据所需包覆层层数重复上述步骤，得到所述改性正极材料。
[0013]本专利技术通入各种原料的时间可以相同也可以不同，但是由于包覆层的厚度会影响正极材料的性能，故需要控制在一定范围内。
[0014]本专利技术利用原子层沉积技术将磷酸钛铝锂(Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3，LATP)超离子导体沉积于高镍正极材料表面，通过控制前驱体流量、沉积温度和沉积时间，可制备得到正极材料表面致密均匀的磷酸钛铝锂包覆层，有效抑制电池循环过程中材料的表面相变、界面副反应和颗粒的力学断裂，解决了高镍正极材料容量衰减过快的问题。同时，磷酸钛铝锂在正极材料表面形成了导锂网络，有助于锂离子的快速脱嵌，改善电池的倍率性能。
[0015]优选地，步骤(1)所述正极材料的化学式为Li
1+y
Ni
a
Co
b
Mn
c
O2，其中，0≤y≤0.1，0.7≤a≤0.95，0.01≤b≤0.2，0≤c≤0.2，a+b+c＝1。
[0016]优选地，所述反应器在加热前进行抽真空处理。
[0017]优选地，步骤(1)所述反应器的加热台温度为100～150℃，例如：100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等。
[0018]优选地，所述反应器的吹扫管道温度为80～120℃，例如：80℃、90℃、100℃、110℃或120℃等。
[0019]优选地，所述反应器的热井温度为400～500℃，例如：400℃、420℃、450℃、480℃或500℃等。
[0020]优选地，步骤(1)所述铝源包括三甲基铝和/或异丙醇二甲基铝；
[0021]优选地，所述通入铝源的时间为10～50s，例如：10s、20s、30s、40s或50s等。
[0022]优选地，所述通入铝源后注入惰性气体40～80s，例如：40s、50s、60s、70s或80s等。
[0023]优选地，所述惰性气体包括氮气。
[0024]优选地，步骤(1)所述钛源包括四异丙醇钛和/或四氯化钛；
[0025]优选地，所述通入钛源的时间为10～50s，例如：10s、20s、30s、40s或50s等。
[0026]优选地，所述通入钛源后注入惰性气体40～80s，例如：40s、50s、60s、70s或80s等。
[0027]优选地，所述惰性气体包括氮气。
[0028]优选地，步骤(2)所述注入水的时间为10～50s，例如：10s、20s、30s、40s或50s等。
[0029]优选地，所述注入水后注入惰性气体40～80s，例如：40s、50s、60s、70s或80s等。
[0030]优选地，所述惰性气体包括氮气。
[0031]优选地，步骤(2)所述锂源包括叔丁基锂和/或二(三甲基硅基)氨基锂；
[0032]优选地，所述磷源包括磷酸三甲酯和/或四甲基亚甲基二磷酸酯；
[0033]优选地，所述通入锂源的时间为10～50s，例如：10s、20s、30s、40s或50s等。
[0034]优选地，所述通入磷源的时间为10～50s，例如：10s、20s、30s、40s或50s等。
[0035]优选地，所述通入磷源后注入惰性气体40～80s，例如：40s、50s、60s、70s或80s等。
[0036]优选地，所述惰性气体包括氮气。
[0037]第二方面，本专利技术提供了一种改性正极材料，所述改性正极材料通过如第一方面所述方法制得。
[0038]第三方面，本专利技术提供了一种正极极片，所述正极极片包含如第二方面所述的改性正极极片。
[0039]第四方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包含如第三方面所述的正极极片。
[0040]相对于现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将正极材料置于反应器，通入铝源后通入钛源；(2)对步骤(1)的反应体系中注入水后通入锂源和磷源；(3)根据所需包覆层层数重复上述步骤，得到所述改性正极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述正极材料的化学式为Li
1+y
Ni
a
Co
b
Mn
c
O2，其中，0≤y≤0.1，0.7≤a≤0.95，0.01≤b≤0.2，0≤c≤0.2，a+b+c＝1；优选地，所述反应器在加热前进行抽真空处理。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应器的加热台温度为100～150℃；优选地，所述反应器的吹扫管道温度为80～120℃；优选地，所述反应器的热井温度为400～500℃。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铝源包括三甲基铝和/或异丙醇二甲基铝；优选地，所述通入铝源的时间为10～50s；优选地，所述通入铝源后注入惰性气体40～80s；优选地，所述惰性气体包括氮气。5.如权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，华文超，张坤，许开华，李伟，许振宁，
申请(专利权)人：格林美股份有限公司，
类型：发明
国别省市：