镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料与制备方法和锂电池技术

本发明专利技术公开了镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料与制备方法和锂电池，属于锂离子电池材料技术领域。该方法包括：将高镍三元前驱体和含锂化合物混合均匀后烧结得到一烧料，一烧料粉碎后置于低沸点有机溶剂中，按照Mg：Al元素摩尔比为1:2将Mg的有机化合物和Al的有机化合物加入低沸点有机溶剂中，在加热条件下持续搅拌蒸干低沸点有机溶剂，得到粉末状的包覆料；将包覆料置于纯氧气氛下进行高温烧结，即得镁铝尖晶石包覆的高镍单晶三元正极材料。上述方法可以在高镍单晶三元正极材料颗粒表面形成一层稳定的尖晶石相包覆层，可以有效抑制高镍三元材料在充电过程中H2

【技术实现步骤摘要】
镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料与制备方法和锂电池


[0001]本专利技术涉及于锂离子电池材料
，具体而言，涉及镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料与制备方法和锂电池。

技术介绍

[0002]随着新能源行业的迅猛发展，新能源汽车正在迅速进入寻常百姓的生活中，成为人们日常交谈的话题。在享受到新能源汽车给生活带来的便捷、智能、低碳之外，人们对新能源汽车的续航里程、安全性等也提出了更高的要求。
[0003]高镍单晶三元正极材料因能量密度高而被视为最具潜力长续航动力锂离子电池用正极材料之一，近年来在正极材料市场占比中越来越高。高镍三元正极材料因为镍含量高，比容量通常在200mAh/g 以上。单晶化之后，高镍三元正极材料在循环过程中更加稳定，解决了锂离子电池的循环寿命问题。
[0004]但高镍单晶三元正极材料在充放电过程中依然会发生与电解液的副反应、结构塌陷等问题，导致正极材料容量加速衰减，从而影响动力锂离子电池的使用寿命，甚至可能导致安全隐患。
[0005]掺杂和包覆改性是提升高镍单晶三元正极材料的常见手段，如Zr、Al、Mg等金属元素掺杂，Al、B、Ti 等氧化物包覆等；诸如以上的常规掺杂包覆手段对上述高镍三元正极材料的性能优化具有一定的积极作用，但提升比较有限。
[0006]鉴于上述问题的存在，有必要提供一种镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料与制备方法和锂电池。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料与制备方法和锂电池。
[0008]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0009]本专利技术提供一种镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：将高镍三元前驱体和含锂化合物混合均匀，得到高混料，再将高混料置于纯氧气氛下进行高温烧结，得到一烧料；将一烧料粉碎后置于低沸点有机溶剂中，按照Mg：Al元素摩尔比为1:2将Mg的有机化合物和Al的有机化合物加入低沸点有机溶剂中，在加热条件下持续搅拌蒸干低沸点有机溶剂，得到粉末状的包覆料；将包覆料置于纯氧气氛下进行高温烧结，即得镁铝尖晶石包覆的高镍单晶三元正极材料。
[0010]本专利技术还提供一种根据上述的制备方法制备得到的镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料。
[0011]本专利技术实施例还提供一种锂电池，其正极包括上述的镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料。
[0012]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料与制备方法和锂电池，该方法包括：将高镍三元前驱体和含锂化合物混合均匀，得到高混料，再将高混料置于纯氧气氛下进行高温烧结，得到一烧料，然后将一烧料置于低沸点有机溶剂中，再加入Mg的有机化合物和Al的有机化合物，采用加热蒸发方式除去低沸点有机溶剂，再经过高温烧烧结，在高镍单晶三元正极材料颗粒表面形成一层稳定的镁铝尖晶石相包覆层，可以有效抑制高镍三元正极材料在充电过程中H2
‑
H3 相转变，提升了高镍三元正极材料的循环性能和热稳定性。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0014]图1 为对比例1中未进行镁铝尖晶石包覆的高镍单晶三元正极材料的扫描电镜图；图2 为实施例1中进行镁铝尖晶石包覆的高镍单晶三元正极材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0016]下面对本专利技术实施例提供的镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料与制备方法和锂电池进行具体说明。
[0017]第一方面，本专利技术实施例提供一种镁铝尖晶石包覆高镍三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：将高镍三元前驱体和含锂化合物混合均匀，得到高混料，再将高混料置于纯氧气氛下进行高温烧结，得到一烧料；将一烧料粉碎后置于低沸点有机溶剂中，按照Mg：Al元素摩尔比为1:2将Mg的有机化合物和Al的有机化合物加入低沸点有机溶剂中，在加热条件下持续搅拌蒸干低沸点有机溶剂，得到粉末状的包覆料；将包覆料置于纯氧气氛下进行高温烧结，即得镁铝尖晶石包覆的高镍单晶三元正极材料。
[0018]本专利技术实施例提供一种镁铝尖晶石包覆高镍三元正极材料的制备方法，该方法包括：将高镍三元前驱体和含锂化合物混合均匀，得到高混料，再将高混料置于纯氧气氛下进行高温烧结，得到一烧料；然后将一烧料置于低沸点有机溶剂中，再加入Mg和Al的有机化合物，采用加热蒸发方式除去低沸点有机溶剂，再高温烧结，制得镁尖晶石包覆的高镍单晶三
元正极材料。该方法为有机相体系制备镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料的方法，整个制备过程中不使用水，这是由于高镍三元材料会和水发生质子交换反应，在表面生成杂相，增加材料阻抗，降低产品性能，所以应该尽量避免三元材料和水的长时间接触。以上本专利技术实施例提供的有机相体系包覆方法，可以在高镍单晶三元正极材料颗粒表面形成一层致密稳定的镁铝尖晶石相包覆层，可以有效抑制高镍三元正极材料在充电过程中H2
‑
H3 相转变，提升了高镍三元正极材料的循环性能和热稳定性。
[0019]在可选的实施方式中，将D50为3μm
‑
4μm的高镍三元前驱体和含锂化合物混合均匀，得到高混料，再将高混料置于纯氧气氛下在750℃
‑
950℃下烧结10h
‑
16h，得到一烧料；将一烧料粉碎至D50为3μm
‑
4μm后，置于低沸点有机溶剂中。
[0020]在可选的实施方式中，高镍三元前驱体的组成为Ni
x
M
y
(OH)2，其中x≥6，x+y=1，M 为Co、Mn、Al、Ti和Mg中的至少一种；含锂化合物包括无水氢氧化锂、单水氢氧化锂、碳酸锂，硝酸锂、氧化锂、乙酸锂和草酸锂中的至少一种。
[0021]在可选的实施方式中，低沸点有机溶剂包括乙醇、丙醇和异丙醇中的至少一种。
[0022]在可选的实施方式中，Mg的有机化合物和Al的有机化合物包括醋酸盐、异丙醇盐和柠檬酸盐中的至少一种。
[0023]在可选的实施方式中，Mg元素+Al元素的加入总量为一烧料总质量的500ppm
‑
3000ppm。
[0024]在可选的实施方式中，包覆料在纯氧气氛下，600℃
‑
700℃下烧结6h
‑
10h， 得到镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料。
[0025]第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁铝尖晶石包覆高镍单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将高镍三元前驱体和含锂化合物混合均匀，得到高混料，再将所述高混料置于纯氧气氛下进行高温烧结，得到一烧料；将所述一烧料粉碎后置于低沸点有机溶剂中，按照Mg：Al元素摩尔比为1:2将Mg的有机化合物和Al的有机化合物加入所述低沸点有机溶剂中，在加热条件下持续搅拌蒸干所述低沸点有机溶剂，得到粉末状的包覆料；将所述包覆料置于纯氧气氛下进行高温烧结，即得镁铝尖晶石包覆的高镍单晶三元正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将D50为3μm
‑
4μm的所述高镍三元前驱体和所述含锂化合物混合均匀，得到高混料，再将所述高混料置于纯氧气氛下在750℃
‑
950℃下烧结10h
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16h，得到一烧料；将所述一烧料粉碎至D50为3μm
‑
4μm后，置于所述低沸点有机溶剂中。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高镍三元前驱体的组成为Ni
x
M
y
(OH)2，其中x≥6，x+y=1，M 为Co、Mn、Al、Ti和Mg中的至少一种；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹昌武，孙玖，孟冲，王元，李友建，王春，易冬梅，张彬，范未峰，
申请(专利权)人：宜宾锂宝新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：