包覆型三元正极材料及其制备方法和应用、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种包覆型三元正极材料及其制备方法和应用、锂离子电池。所述包覆型三元正极材料的制备方法包括以下步骤：(1)将三元正极材料和体系A混合后分散，得浆料；其中，所述体系A包括石墨烯、可溶性铜盐和水；(2)将浆料与体系B混合，过滤，洗涤，干燥，即得；其中，所述体系B包括有机配体、碱类物质和水。本发明专利技术的制备方法简单，制得的包覆型三元正极材料包括三元正极材料和MOF

【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、锂离子电池


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

技术介绍

[0002]基于三元过渡金属氧化物LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2(NCM)的正极材料一直被视为最具有发展前景的锂离子电池材料，其相对于传统的正极材料LiCoO2，三元正极材料具有高能量密度、低成本、低毒性等特点。三元正极材料成为如今锂离子电池研究的一大热点，是一种理想的锂离子电池正极材料。
[0003]但这种三元正极材料仍然存在着很多问题。例如，三元正极材料与电解液、电解质的接触会产生很多副反应，这种副反应会产生很多负面效果，会减少材料的容量。此外，在长期的充放电过程中，三元材料会逐渐粉化，影响材料的循环寿命。为了解决以上问题，最常见的办法就是在三元正极材料表面进行包覆，隔绝材料和电解液的接触。
[0004]专利申请CN110429275A公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法和碳包覆三元正极材料，其利用碳包覆减少了三元正极材料中杂相的生成，但是碳包覆后正极材料的容量降低。专利申请CN113161520A公开了一种锂离子电池用三元正极材料及制备方法，采用了Al2O3包覆的方法，该方法工艺复杂，并且很难兼顾导电性与稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有技术中用于锂离子电池的三元正极材料难以兼顾容量、导电性和稳定性，从而提供了一种包覆型三元正极材料及其制备方法和应用、锂离子电池。本专利技术的制备方法简单，制得的包覆型三元正极材料容量高，导电性好，且稳定性优异。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种包覆型三元正极材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0008](1)将三元正极材料和体系A混合后分散，得浆料；其中，所述体系A包括石墨烯、可溶性铜盐和水；
[0009](2)将浆料与体系B混合，过滤，洗涤，干燥，即得；其中，所述体系B包括有机配体、碱类物质和水。
[0010]本专利技术中，步骤(1)中，所述三元正极材料可为本领域常规的锂离子电池用镍钴锰三元正极材料(NCM)，其分子式可为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中x+y+z＝1，x≤0.6，y≥0.2，z≥0.2。
[0011]较佳地，所述镍钴锰三元正极材料为LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2(简称为NCM622)、LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2(简称为NCM523)或LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2(简称为NCM111)。
[0012]本专利技术中，所述镍钴锰三元正极材料可采用本领域常规的方法制备，较佳的制备方法包括：在惰性气体或氮气的保护性气氛中，将NiSO4、CoSO4和MnSO4的水溶液加入搅拌釜反应器中，加热水溶液，同时再加入碱性溶液，控制溶液的pH值，剧烈搅拌12h，将得到的材料过滤干燥后与锂源混合，在空气或氧气条件下烧结，制备得到所述三元正极材料。其中，NiSO4、CoSO4和MnSO4的离子摩尔比为Ni：Co：Mn＝x：y：z，其中x+y+z＝1，x≤0.6，y≥0.2，z≥
0.2。
[0013]本专利技术中，步骤(1)中，所述石墨烯可为本领域常规的氧化石墨烯。所述石墨烯的直径可为0.2
‑
50μm，较佳地为5
‑
10μm。石墨烯表面丰富的官能团，与三元正极材料链接，从而保证包覆的均一性。
[0014]本专利技术中，步骤(1)中，所述可溶性铜盐可为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜和醋酸铜中的一种或多种，较佳地为硝酸铜。
[0015]本专利技术中，步骤(1)中，所述分散的方式较佳地为超声分散。
[0016]本专利技术中，步骤(1)中，所述分散的时间较佳地为15
‑
60min，例如30min。
[0017]本专利技术中，步骤(2)中，所述有机配体较佳地为天冬氨酸(Asp)。
[0018]本专利技术中，步骤(2)中，所述碱类物质可为碱金属氢氧化物或氨水，所述碱金属氢氧化物例如为LiOH、NaOH或KOH。
[0019]本专利技术中，步骤(2)中，所述混合的方式较佳地为搅拌。所述搅拌的时间较佳地为5
‑
60min，例如15min。
[0020]本专利技术中，步骤(2)中，所述混合后较佳地还包括静置的步骤。所述静置的时间较佳地为30
‑
120min，例如60min。
[0021]本专利技术中，步骤(2)中，所述过滤可采用本领域常规的方式进行，较佳地为抽滤。
[0022]本专利技术中，步骤(2)中，所述洗涤可采用本领域常规的方式进行，较佳地包括水洗和醇洗。
[0023]本专利技术中，步骤(2)中，所述干燥可采用本领域常规的方式进行。所述干燥的温度较佳地为40
‑
80℃，例如60℃。
[0024]在本专利技术某些优选的实施方案中，所述体系A包括石墨烯、硝酸铜和水；所述体系B包括天冬氨酸、碱类物质和水。
[0025]在上述实施方案中，在所述体系A中，所述三元正极材料的用量较佳地为每100mL体系A使用0.1
‑
0.3g，例如0.2g。
[0026]在上述实施方案中，在所述体系A中，所述石墨烯的浓度为0.1％
‑
0.15％，例如0.12％，所述浓度为所述石墨烯占所述体系A的质量百分比。
[0027]在上述实施方案中，在所述体系A中，所述硝酸铜的浓度为0.4％
‑
1％，例如0.6％或0.8％，所述浓度为所述硝酸铜占所述体系A的质量百分比。
[0028]在上述实施方案中，在所述体系B中，所述天冬氨酸的浓度为1％
‑
3％，例如2％，所述浓度为所述天冬氨酸占所述体系B的质量百分比。
[0029]在上述实施方案中，在所述体系B中，所述碱类物质的浓度为0.1％
‑
0.3％，例如0.2％，所述浓度为所述碱类物质占所述体系B的质量百分比。
[0030]在上述实施方案中，所述体系A和所述体系B的体积比较佳地为(8
‑
12)：1，例如9:1或10:1。
[0031]在一具体实施方案中，所述体系A包括石墨烯、硝酸铜和水，其中，所述石墨烯的浓度为0.1％，所述硝酸铜的浓度为0.4％；所述体系B包括天冬氨酸、NaOH和水，其中，天冬氨酸的溶度为1％，NaOH的溶度为0.1％；所述体系A和所述体系B的体积比为8：1。
[0032]在一具体实施方案中，所述体系A包括石墨烯、硝酸铜和水，其中，所述石墨烯的浓度为0.15％，所述硝酸铜的浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆型三元正极材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将三元正极材料和体系A混合后分散，得浆料；其中，所述体系A包括石墨烯、可溶性铜盐和水；(2)将浆料与体系B混合，过滤，洗涤，干燥，即得；其中，所述体系B包括有机配体、碱类物质和水。2.根据权利要求1所述的包覆型三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述三元正极材料为镍钴锰三元正极材料，其分子式为LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2，其中x+y+z＝1，x≤0.6，y≥0.2，z≥0.2；较佳地，所述镍钴锰三元正极材料为LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2、LiNi
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2或LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2；和/或，所述石墨烯为氧化石墨烯；和/或，所述石墨烯的直径为0.2
‑
50μm，较佳地为5
‑
10μm；和/或，所述可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜和醋酸铜中的一种或多种，较佳地为硝酸铜；和/或，所述分散的方式为超声分散；和/或，所述分散的时间为15
‑
60min，例如30min。3.根据权利要求1所述的包覆型三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述有机配体为天冬氨酸；和/或，所述碱类物质为碱金属氢氧化物或氨水，所述碱金属氢氧化物例如为LiOH、NaOH或KOH；和/或，所述混合的方式为搅拌；所述搅拌的时间较佳地为5
‑
60min，例如15min；和/或，所述混合后还包括静置的步骤；所述静置的时间较佳地为30
‑
120min，例如60min；和/或，所述过滤为抽滤；和/或，所述洗涤包括水洗和醇洗；和/或，所述干燥的温度为40
‑
80℃，例如60℃。4.根据权利要求1所述的包覆型三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述体系A包括石墨烯、硝酸铜和水；所述体系B包括天冬氨酸、碱类物质和水；较佳地，在所述体系A中，所述三元正极材料的用量为每100mL体系A使用0.1
‑
0.3g，例如0.2g；较佳地，在所述体系A中，所述石墨烯的浓度为0.1％
‑
0.15％，例如0.12％，所述浓度为所述石墨烯占所述体系A的质量百分比；较佳地，在所述体系A中，所述硝酸铜的浓度为0.4％
‑
1％，例如0.6％或0.8％，所述浓度为所述硝酸铜占所述体系A的质量百分比；较佳地，在所述体系B中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：严雪枫，林伟，贾凯，
申请(专利权)人：上海电气国轩新能源科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：