一种碳包覆NCM622三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及正极材料技术领域，公开了一种碳包覆NCM622三元正极材料，材料中NCM622为具有多孔球形层级结构的微米级的二次颗粒，二次颗粒由若干纳米级的一次颗粒堆积形成；碳包覆在NCM622的一次颗粒表面；碳的包覆量占所述材料总质量的3～7％。制备方法为：先制备得到具有层级结构的NCM622，然后再进行碳包覆。本发明专利技术层级结构设计能够缩短锂离子扩散距离、提高有效界面面积、提供锂离子传输通道、提供稳定的机械结构，导电碳包覆层能够提高材料电子导电性并减少副反应的发生。本发明专利技术制备得到的材料具有较高充放电比容量、优异循环性能和倍率性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆NCM622三元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及正极材料
，具体涉及一种碳包覆NCM622三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一类可在充电电池，是目前市场中最常用的化学储能装置，也是目前商业化的二次电池中能量密度最高的化学电源。由于其具有工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高以及寿命长且无记忆效应等优势，被广泛应用于生产、生活的各个方面，如：便携式电子产品(笔记本电脑、手机和数码相机)、电动汽车以及电网储能，并且在军事和航空航天应用中越来越受欢迎。
[0003]锂离子电池三元正极材料LiNi
0.6
C
0.2
Mn
0.2
O2(以下简称：NCM622)在一定程度上克服了传统LiCoO2正极材料经济成本高、环境毒性大和比容量低的缺陷。但是也存在自身的不足，如循环稳定性差、电子导电性不好、倍率性能差等。现有制备工艺生产的NCM622材料为微米尺度的块体材料，其存在电子导电性不好、倍率性能差的问题。且在高电压状态下，材料与电解液易发生界面氧化反应，导致循环稳定性差。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种碳包覆NCM622三元正极材料及其制备方法，以解决现有技术中锂离子电池三元正极材料倍率性能差及循环稳定性差的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种碳包覆NCM622三元正极材料，材料中NCM622为具有多孔球形层级结构的微米级的二次颗粒，二次颗粒由若干纳米级的一次颗粒堆积形成；碳包覆在NCM622的一次颗粒表面。
[0006]另一方面，本技术方案提供一种碳包覆NCM622三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、将总金属离子浓度为1～2.5mol/L的混合盐溶液滴入饱和碳酸氢钠溶液中，0～25℃下反应1～5h，反应结束后沉淀物经过滤、洗涤、干燥后得到镍钴锰三元碳酸盐微米球沉淀；
[0008]步骤二、将镍钴锰三元碳酸盐微米球沉淀在400～650℃条件下煅烧3～6h，得到三元氧化物前驱体；
[0009]步骤三、将三元氧化物前驱体与锂盐在乙醇中混合，而后将乙醇蒸干，得到的混合物在700～900℃条件下煅烧5～15h，得到NCM622；
[0010]步骤四、将NCM622与葡萄糖在乙醇中超声混合，而后在水热反应釜中90～180℃下反应3～6h，反应结束后过滤得到固体混合物；
[0011]步骤五、将固体混合物在保护气体气氛中，500～700℃下煅烧3～7h，得到一种碳包覆NCM622三元正极材料。
[0012]优选的，作为一种改进，碳的包覆量占材料总质量的3～7％。
[0013]优选的，作为一种改进，步骤一中，反应在持续通入CO2和持续搅拌的条件下进行，混合盐溶液中的溶质包括镍盐、钴盐和锰盐，镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为6:2:2。
[0014]本技术方案中，经验证镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为6:2:2时，能够获得更高的比容量。
[0015]优选的，作为一种改进，步骤一中，饱和碳酸氢钠溶液的体积为混合盐溶液体积的3～5倍。
[0016]优选的，作为一种改进，镍盐为氯化镍、硫酸镍或硝酸镍；锰盐为氯化锰、硫酸锰或硝酸锰；钴盐为氯化钴、硫酸钴或硝酸钴。
[0017]优选的，作为一种改进，步骤三中，三元氧化物前驱体与锂盐的摩尔比为1:1.03～1.07；锂盐为硝酸锂、氢氧化锂或硫酸锂。
[0018]优选的，作为一种改进，步骤四中，NCM622与葡萄糖的质量比为5.2～12.9：1。
[0019]优选的，作为一种改进，步骤五中，保护气体为氮气或惰性气体。
[0020]优选的，作为一种改进，一种锂离子电池，电池正极材料为一种碳包覆NCM622三元正极材料。
[0021]本方案的原理及有益效果在于：针对现有技术中锂离子电池三元正极材料倍率性能差及循环稳定性差的问题，本技术方案制备了一种碳包覆NCM622三元正极材料，对NCM622三元正极材料进行多孔球形层级结构设计，以碳酸盐为前驱体，利用其热分解时的体积收缩形成多孔层级结构，一次颗粒为纳米尺度、二次球体颗粒为微米尺度；一次颗粒表面包覆有导电碳层。所述方法层级结构NCM622的制备中能够缩短锂离子扩散距离、提高有效界面面积、提供锂离子传输通道、提供稳定的机械结构，导电碳层的包覆能够提高材料电子导电性并减少副反应的发生。最终得到一种具有较高充放电比容量、优异循环性能和倍率性能的锂离子电池正极材料。
附图说明
[0022]图1是实施例1中制备得到的碳包覆NCM622三元正极材料的扫描电子显微镜图。
[0023]图2是实施例1中制备得到的碳包覆NCM622三元正极材料的透射电子显微镜图。
[0024]图3是含有实施例1制备得到的终产物所组装的电池与含有块体NCM622所组装的电池的倍率性能对比图。
[0025]图4是含有实施例1制备得到的终产物所组装的电池与含有块体NCM622所组装的电池循环稳定性对比图。
具体实施方式
[0026]下面通过具体实施方式进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。若未特别指明，下述实施方式所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段；所用的实验方法均为常规方法；所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。
[0027]一种碳包覆NCM622三元正极材料，材料中NCM622为一次颗粒堆积成的具有多孔球形层级结构的二次颗粒，一次颗粒为纳米级、二次颗粒为微米级；碳包覆在NCM622的一次颗粒表面；碳的包覆量占所述材料总质量的3～7％。
[0028]实施例1
[0029]一种碳包覆NCM622三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0030]步骤一、在持续通入CO2气体和持续搅拌下，将100mL总金属离子浓度为2mol/L的NiCl2·
6H2O、CoCl2·
6H2O和MnCl2·
4H2O混合溶液缓慢滴入400mL饱和NaHCO3溶液中，其中NiCl2·
6H2O、CoCl2·
6H2O和MnCl2·
4H2O三者的物质的量之比为6:2:2；冰水浴中反应2h后将反应物过滤取出，并用乙醇洗涤3次后室温风干，得到粒径分布均匀且镍、钴、锰分布均匀的镍钴锰三元碳酸盐微米球沉淀。
[0031]步骤二、将镍钴锰三元碳酸盐微米球沉淀在600℃的条件下煅烧5h，得到具有多孔结构的三元氧化物前驱体。
[0032]步骤三、将0.7g步骤二制备得到的三元氧化物前驱体与0.62g硝酸锂在10mL乙醇中搅拌混合均匀。将乙醇蒸干后，将混合物在850℃的条件下煅烧10h，得到具有多孔球形层级结构LiNi
0.6
C
0.2
Mn
0.2
O2。
[0033]步骤四、将0.45gLiNi
0.6
C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆NCM622三元正极材料，其特征在于：材料中NCM622为具有多孔球形层级结构的微米级的二次颗粒，所述二次颗粒由若干纳米级的一次颗粒堆积形成；碳包覆在NCM622的一次颗粒表面。2.根据权利要求1所述的一种碳包覆NCM622三元正极材料，其特征在于：所述碳的包覆量占材料总质量的3～7％。3.根据权利要求1或2所述的一种碳包覆NCM622三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将总金属离子浓度为1～2.5mol/L的混合盐溶液滴入饱和碳酸氢钠溶液中，0～25℃下反应1～5h，反应结束后沉淀物经过滤、洗涤、干燥后得到镍钴锰三元碳酸盐微米球沉淀；步骤二、将镍钴锰三元碳酸盐微米球沉淀在400～650℃条件下煅烧3～6h，得到三元氧化物前驱体；步骤三、将三元氧化物前驱体与锂盐在乙醇中混合，而后将乙醇蒸干，得到的混合物在700～900℃条件下煅烧5～15h，得到NCM622；步骤四、将NCM622与葡萄糖在乙醇中超声混合，而后在水热反应釜中90～180℃下反应3～6h，反应结束后过滤得到固体混合物；步骤五、将固体混合物在保护气体气氛中，500～700℃下煅烧3～7h，得到一种碳包覆NCM622三元正极材料。4.根据权利要求3所述的一种碳包覆NCM...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐才，朱晋，王薛超，李松哲，许书军，鲍欢欢，路畅，冯浩然，
申请(专利权)人：车百中汽科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：