包覆型三元正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种包覆型三元正极材料及其制备方法和应用。包覆型三元正极材料包括三元正极材料及位于三元正极材料表面的包覆层，包覆层包括经氧化铝化学修饰的钴化合物层；在包覆层中，氧化铝和钴化合物的物质的量之比为(0.001～2)：100。上述提供的包覆型三元正极材料能够提高电池比容量和循环性能。高电池比容量和循环性能。高电池比容量和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
包覆型三元正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种包覆型三元正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]三元正极材料兼具传统正极材料LiNiO2、LiCoO2和LiMnO2的优点，拥有更稳定的结构和更优异的电化学性能，商业化价值极大。但在实际应用中，三元正极材料依然面临许多问题，如材料吸水性强、储存性能差，严重影响了其工业生产、储存、运输以及电池的制备过程。以电极制作为例，三元正极材料在制备浆料时容易吸水结胶，导致机械加工性能变差。除此之外，由于层状的三元正极材料较低的锂离子扩散系数和电子导电系数致使材料的倍率性能仍有待提高。另一方面，三元正极材料在脱嵌锂过程中，Ni
4+
与电解液发生副反应，容易发生从层状结构到熔盐结构的相变，导致三元正极材料的阻抗增大，循环性能恶化。而且三元正极材料在2.7V～4.3V充放电范围内，首次不可逆容量高达30mAh/g～40mAh/g甚至更高，效率一般低于85％。
[0003]目前普遍采用固相法包覆非电化学活性的简单氧化物(如TiO2、Al2O3、ZrO2、MnO2、MoO3和CeO2等)以对三元正极材料进行改性，但是该方法并不能从根本上解决三元正极材料循环过程中性能劣化的问题。一方面，包覆非电化学活性的氧化物材料后，会在一定程度上降低了三元正极材料的容量，在循环过程中三元正极材料极化也会导致循环性能下降。另一方面，对三元正极材料的固相包覆形成的包覆层可能不均匀，并不能有效抑制电极/电解液的界面反应。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种能够提高电池比容量和循环性能的包覆型三元正极材料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术一方面，提供一种包覆型三元正极材料，其包括三元正极材料及位于所述三元正极材料表面的包覆层，所述包覆层包括经氧化铝化学修饰的氧化钴层；在所述包覆层中，氧化铝和氧化钴的物质的量之比为(0.001～2)：100。
[0006]在其中一个实施例中，所述钴化合物选自硫酸钴、草酸钴、醋酸钴、碳酸钴和氧化钴中的一种或多种；和/或
[0007]所述包覆层与所述三元正极材料的物质的量之比为(0.001～2)：100。
[0008]本专利技术一方面，还提供一种如上述所述的包覆型三元正极材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0009]将钴化合物原料和铝源分散于第一溶剂中，反应后干燥，进行一次煅烧，制备经氧化铝化学修饰的钴化合物，所述铝源和所述钴化合物原料的物质的量之比为(0.001～2)：100；以及
[0010]将所述经氧化铝化学修饰的钴化合物和三元正极材料分散于第二溶剂中，反应后
干燥，进行二次煅烧。
[0011]在其中一个实施例中，所述铝源选自氢氧化铝、氧化铝、硫酸铝、碳酸铝及硝酸铝中的一种或多种。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一溶剂和所述第二溶剂分别独立地选自无水乙醇和/或无水乙醚。
[0013]在其中一个实施例中，所述一次煅烧和所述二次煅烧的煅烧温度分别独立地为700℃～900℃。
[0014]本专利技术另一方面，进一步提供一种正极片，其包括正极集流体及位于所述正极集流体一面或两面的正极活性材料层，所述正极活性材料层中的正极活性材料为上述所述的包覆型三元正极材料。
[0015]本专利技术再一方面，提供一种二次电池，其包括上述所述的正极片。
[0016]本专利技术又一方面，还一种用电装置，包括上述所述的二次电池。
[0017]上述提供的包覆型三元正极材料中包括具有电化学活性的钴化合物，因此不会导致包覆改性后三元正极材料电化学活性的下降。相对于传统采用电化学惰性的氧化物层包覆三元正极材料，在包覆层中引入钴化合物可以改善三元正极材料的结构不稳定性，避免了三元正极材料产生气体、结构崩塌和结构破坏等问题。
[0018]进一步地，采用氧化铝对钴化合物的包覆层进行修饰，可以隔离三元正极材料中活性物质与电解液的直接接触，延缓活性物质与电解液发生副反应的同时，可以稳定材料结构，进一步改善三元正极材料的循环性能和倍率性能。
[0019]综上，通过上述制备方法制得的包覆型三元正极材料具有稳定的界面层(包裹层)，降低了包覆型三元正极材料和电解液的界面反应，提升了其循环性能，降低了电池内阻(DCR)；而且容量高、金属溶出少。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例1制得的包覆改性NCM三元正极材料与对比例1～4制得的NCM三元正极材料的放电克容量图；
[0022]图2为本专利技术实施例1制得的包覆改性NCM三元正极材料与对比例1～4制得的NCM三元正极材料在45℃、0.5C下的循环性能图。
具体实施方式
[0023]现将详细地提供本专利技术实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本专利技术。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本专利技术进行多种修改和变化而不背离本专利技术的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
[0024]因此，旨在本专利技术覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变
化。本专利技术的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本专利技术更广阔的方面。
[0025]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例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0026]术语和定义：
[0027]“化学修饰”是指用吸附、涂敷、聚合、化学反应等方法把活性基团或物质等附着在基体表面，保护或改进基体特征功能的工艺过程。比如，在本专利技术中，化学修饰是指将氧化铝负载于钴化合物上，氧化铝与钴化合物形成固溶体。
[0028]本专利技术一方面，提供一种包覆型三元正极材料，其包括三元正极材料及位于三元正极材料表面的包覆层，包覆层包括经氧化铝化学修饰的钴化合物层；在包覆层中，氧化铝和钴化合物的物质的量之比为(0.001～2)：100。
[0029]上述提供的包覆型三元正极材料中包括具有电化学活性的钴化合物，因此不会导致包覆改性后三元正极材料电化学活性的下降。相对于传统采用电化学惰性的氧化物层包覆三元正极材料，在包覆层中引入钴化合物可以改善三元正极材料的结构不稳定性，避免了三元正极材料产生气体、结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆型三元正极材料，其特征在于，包括三元正极材料及位于所述三元正极材料表面的包覆层，所述包覆层包括经氧化铝化学修饰的钴化合物层。2.根据权利要求1所述的包覆型三元正极材料，其特征在于，所述钴化合物选自硫酸钴、草酸钴、醋酸钴、碳酸钴和氧化钴中的一种或多种；和/或在所述包覆层中，氧化铝和钴化合物的物质的量之比为(0.001～2)：100。3.根据权利要求1所述的包覆型三元正极材料，其特征在于，所述包覆层与所述三元正极材料的物质的量之比为(0.001～2)：100。4.一种如权利要求1～3任一项所述的包覆型三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钴化合物原料和铝源分散于第一溶剂中，反应后干燥，进行一次煅烧，制备经氧化铝化学修饰的钴化合物，所述铝源和所述钴化合物原料的物质的量之比为(0.001～2)：100；以及将所述经氧化铝化学修饰的钴化合物和...

【专利技术属性】
技术研发人员：代玲玲，史开敏，于利梅，吕菲，徐宁，
申请(专利权)人：天津巴莫科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：