【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料制备，尤其涉及一种cqds包覆al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、三元材料体系ncm具有高容量、高电压、低成本等优点，是目前广泛应用的锂离子电池材料之一。在三元材料体系ncm中ni是主要的活性物质，在充放电过程中ni2+/ni3+和ni3+/ni4+电对提供容量，含量越高，提供的可逆嵌锂容量越高，因此高镍三元材料成为高能量密度发展的方向。但是，高镍三元材料中co、mn含量较低导致材料循环、倍率性能较差；材料中ni2+与li+的半径比较接近，因此材料在嵌脱锂过程中容易出现ni/li混排的现象，影响材料结构稳定性；此外，在高镍三元材料的制备过程中，由于烧结温度较低，材料表面的残锂量较高，容易与空气中的co2和h2o生成li2co3和lioh，在电池循环过程中导致胀气和生成hf，影响循环性能。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本专利技术的实施例提出一种cqds包覆al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用。
3、第一方面，本专利技术提出了一种cqds包覆al掺杂高镍三元材料，包括：
4、带负电荷的al掺杂高镍三元材料，通过利用表面改性剂对所述al掺杂高镍三元材料改性得到；
5、带正电荷的包覆层，所述包覆层包覆于所述al掺杂高镍三元材料表面，所述包覆层包括含有氨基基团的碳量子点。
6、本专利技术第一方面的cqds(碳量子点)包覆al掺杂
7、进一步地中，所述表面改性剂包括聚二烯丙基二甲基氯化铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。通过表面改性剂对al掺杂高镍三元材料的表面进行改性使其带有负电荷。
8、第二方面，本专利技术提出了一种本专利技术第一方面提出的cqds包覆al掺杂高镍三元材料的制备方法，包括以下步骤：
9、(a)制备al掺杂高镍三元材料，并利用表面改性剂对其改性得到带有负电荷的改性后的al掺杂高镍三元材料；
10、(b)制备含有氨基基团的碳量子点；
11、(c)将所述含有氨基基团的碳量子点与所述改性后的al掺杂高镍三元材料静电自组装得到cqds包覆al掺杂高镍三元材料，所述含有氨基基团的碳量子点的包覆量在5％以内。
12、高镍三元材料为ncm622或ncm811，改性后的al掺杂高镍三元材料带有负电荷，含有氨基基团的碳量子点带有正电荷，两者通过正负电荷的静电吸引进行自组装得到cqds均匀包覆的al掺杂高镍三元材料，克服了由于cqds比表面能高，易团聚造成的包覆不均匀的缺点。均匀的cqds包覆层能够更好地隔绝电解液，减少正极与电解质的副反应，有效抑制材料结构劣化。
13、含有氨基基团的碳量子点的包覆量在5％以内，使得包覆层较薄，较薄的纳米级的cqds包覆层导电性好，有利于材料的动力学性能。当包覆量过大时，包覆层较厚，材料的导电性能降低。
14、进一步地中，所述步骤(a)包括：
15、将al源与镍钴锰前驱体混合均匀后加入li源混合均匀，在氧气中烧结得到所述al掺杂高镍三元材料；
16、在碱性条件下，将分散有所述al掺杂高镍三元材料的溶剂与所述表面改性剂搅拌混合，抽滤洗涤得到所述改性后的al掺杂高镍三元材料。
17、通过加入氨水将分散有al掺杂高镍三元材料的溶剂的ph值调节至碱性，然后加入表面改性剂搅拌混合，其中，溶剂为乙醇溶液。抽滤洗涤过程利用乙醇洗涤掉多余的改性剂和溶剂。
18、进一步地中，所述al源中al元素与所述镍钴锰前驱体质量比为0.01～0.05。即al的掺杂比例为0.01～0.05，在一些实施例中al的掺杂比例为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05或任意两个数值组成的范围内的值。通过al元素的少量掺杂可以稳定三元材料晶体结构，提升晶体结构的稳定性和安全性，电池的循环性能和安全性能有明显提升。al掺杂过多会引起材料克容量降低，最终成品电芯能量密度下降；al掺杂过少对材料稳定的提高效果不够明显，起不到提升电池的循环性能和安全性能的作用。
19、进一步地中，所述al源包括氧化铝、氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的至少一种。
20、进一步地中，所述li源中li元素与所述镍钴锰前驱体中ni元素的摩尔比为1.01～1.1。li源添加过多造成物料浪费，增加成本，li源添加过少造成镍钴锰前驱体转化率降低。
21、进一步地中，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂中的至少一种。
22、进一步地中，所述步骤(b)包括：
23、将摩尔比为0.5:1～1:0.5的含有氨基基团的有机物与碳源混合进行水热反应得到悬浊液；
24、将所述悬浊液冷冻干燥得到所述含有氨基基团的碳量子点。
25、含有氨基基团的有机物添加过多会导致制备的碳量子点中存在杂质，需要进行多次洗涤和过滤，增加合成步骤，浪费资源；添加过少制备的碳量子点表面官能团数量较少，后续合成中静电吸引力不足，导致材料表面碳量子点发生团聚，表面包覆层过厚且不均匀，物理隔绝效果较差，电解液侵蚀裸漏的三元材料表面。制备得到的含有氨基基团的碳量子点为纳米尺寸，冷冻干燥的干燥方式避免了烘箱干燥过程中温度对碳量子点结构的影响。
26、进一步地中，所述含有氨基基团的有机物包括甲酰胺、乙醇胺、乙二胺和聚乙烯二胺中的至少一种。
27、进一步地中，所述碳源包括柠檬酸、葡萄糖、维生素、乳酸、果糖中的至少一种。
28、进一步地中，所述步骤(c)包括：
29、将分散有所述改性后的al掺杂高镍三元材料的溶液滴加入分散有所述含有氨基基团的碳量子点的溶液中；
30、搅拌后抽滤洗涤、冷冻干燥得到所述cqds包覆al掺杂高镍三元材料。
31、分散过程采用超声分散可以提高分散速率和均匀性，冷冻干燥的干燥方式避免了烘箱干燥过程中高温对cqds包覆al掺杂高镍三元材料结构的影响。
32、第三方面，本专利技术提供了上述第二方面提供的方法制备得到的cqds包覆al掺杂高镍三元材料或第一方面提供的cqds包覆al掺杂高镍三元材料在锂离子电池中的应用。
33、相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：
34、本专利技术中在高镍三元材料掺杂al元素起到减小锂镍混排，改善材料结构稳定性的作用，减缓了材料晶体结构在锂离子脱嵌过程中的崩塌，提高了电池材料的稳定性，改善了电芯的循环性能。
35、本专利技术中采用静电自组装的方式制备碳量子点包覆al/ncm，不需要提供额外的能量，操作简单，包覆过程没有其它杂质元素参与；利用正负电荷相互吸引的原理，克服了cqds的颗粒尺寸小，比表面能高，易团聚的缺点，制备得到本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种CQDs包覆Al掺杂高镍三元材料，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的CQDs包覆Al掺杂高镍三元材料，其特征在于，所述表面改性剂包括聚二烯丙基二甲基氯化铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
3.一种CQDs包覆Al掺杂高镍三元材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1所述的CQDs包覆Al掺杂高镍三元材料，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Al源中Al元素与所述镍钴锰前驱体质量比为0.01～0.05，所述Al源包括氧化铝、氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的至少一种。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含有氨基基团的有机物包括甲酰胺、乙醇胺、乙二胺和聚乙烯二胺中的至少一种。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碳源包括柠檬酸、葡萄糖、维生素、乳酸、果糖中的至少一种。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
10.由权利要求3～9任一所述的方法制备得到的CQDs包覆Al掺杂高镍三元材料或权利要求1或2所述的CQDs包覆Al掺杂高镍三元材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种cqds包覆al掺杂高镍三元材料，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的cqds包覆al掺杂高镍三元材料，其特征在于，所述表面改性剂包括聚二烯丙基二甲基氯化铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
3.一种cqds包覆al掺杂高镍三元材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1所述的cqds包覆al掺杂高镍三元材料，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述al源中al元素与所述镍钴锰前驱体质量比为0.01～0.05，所述al源包括氧化铝、氯化铝...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔玲玲，
申请(专利权)人：孝感楚能新能源创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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