本發(fā)明專利技術(shù)屬于鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，本發(fā)明專利技術(shù)通過共沉淀合成三元正極材料前驅(qū)體、高溫?zé)Y(jié)制備三元正極材料以及納米氧化鈷固相包覆等步驟，制備氧化鈷包覆的三元正極材料，降低了正極材料表面殘余堿含量、改善了循環(huán)性能和高溫安全性能，制備方法簡單可行，實踐性和通用性強(qiáng)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法。
技術(shù)介紹
近年來動力型鋰離子電池得到了極大的發(fā)展，對其能量密度和安全性能也提出了更高的要求。提升能量密度的手段主要有兩種：1)通過提高充電上限電壓、優(yōu)選正負(fù)極材料，從而提升放電容量或質(zhì)量能量密度；2)提高材料壓實密度，提升電池的體積能量密度。正極材料是鋰離子電池的核心關(guān)鍵材料，是阻礙鋰離子電池能量密度提高的瓶頸，也是電池的安全性能和制造成本的重要決定因素，市場上常用的有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元和磷酸鐵鋰，其中高能量密度電池體系中占主導(dǎo)地位的是鈷酸鋰和鎳鈷錳三元材料。鈷酸鋰是最為成熟、應(yīng)用最廣的正極材料，也是所有正極材料中開展高電壓、高壓實研究及市場應(yīng)用工作最早的，通過微摻雜穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、表面包覆抑制界面副反應(yīng)發(fā)生等方法，目前材料壓實密度已接近理論真密度的極限，上限充電電壓也提高至4.35V、4.4V甚至更高。但是受其放電容量及安全性能的限制，鈷酸鋰正極材料很難應(yīng)用于更高能量密度的電池體系，尤其在目前蓬勃增長的動力電池體系中很難有立足之地。鎳鈷錳三元材料Li(NixCoyMn1-x-y)O2存在明顯的三元協(xié)同效應(yīng)，利用Ni、Co、Mn三種元素各自的優(yōu)勢可提高Li(NixCoyMn1-x-y)O2材料的綜合性能，該材料的組分優(yōu)化可進(jìn)一步放大各組分元素的優(yōu)勢，如三元組分中Ni元素含量的升高已經(jīng)成為此類材料的一個重要發(fā)展方向，其中的x值可提高到0.4-0.6，對應(yīng)的y值最低可降至0.2。隨著Ni含量的升高，充放電容量可以得到極大地提升。另一方面，也會帶來“陽離子混排”效應(yīng)，以及實際應(yīng)用過程中隨Ni含量升高堿度相應(yīng)升高及其帶來的加工性能差、高鎳類材料帶來的產(chǎn)氣、材料自身結(jié)構(gòu)的崩塌或破壞等問題都亟需突破和解決。有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，解決現(xiàn)有高容量三元正極材料隨Ni含量升高堿度相應(yīng)升高，以及帶來的加工性能差、高鎳類材料帶來的產(chǎn)氣、材料自身結(jié)構(gòu)的崩塌或破壞等問題。本專利技術(shù)提出的一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，該三元正極材料的化學(xué)通式為Li(NixCoyMn1-x-y)O2，其中0.5≤x≤0.9，0<y≤0.3，0<1-x-y≤0.2，制備方法包括如下步驟：S1.以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、可溶性堿為原料，通過共沉淀反應(yīng)并烘干制備三元正極材料前驅(qū)體；S2.將所述步驟S1中的三元正極材料前驅(qū)體與鋰鹽混合均勻，在空氣或氧氣氛條件下高溫?zé)Y(jié)制備三元正極材料；S3.將所述步驟S2中的三元正極材料與納米級鈷化合物高速混合均勻，在空氣或氧氣氛條件下高溫?zé)Y(jié)制備氧化鈷包覆的三元正極材料。進(jìn)一步的，所述步驟S3中，鈷化合物包括Co3O4、CoO、Co(OH)2、CoOOH、CoCO3中的任意一種，混合摩爾比為Co：Li(NixCoyMn1-x-y)O2＝0.02～0.06:1。進(jìn)一步的，所述步驟S3中，高溫?zé)Y(jié)溫度為750～950℃，燒結(jié)時間為5～15h。進(jìn)一步的，所述步驟S2中，鋰鹽包括碳酸鋰或氫氧化鋰中的任意一種，混合摩爾比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.03～1.06:1。進(jìn)一步的，所述步驟S2中，燒結(jié)溫度制度為：預(yù)燒溫度450～750℃，燒結(jié)時間為4～8h，然后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為750～950℃，燒結(jié)時間為8～18h。借由上述方案，本專利技術(shù)至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：本專利技術(shù)通過共沉淀合成前驅(qū)體、高溫?zé)Y(jié)制備三元正極材料以及納米添加劑固相包覆等步驟，制備氧化鈷包覆的三元正極材料，降低正極材料表面殘余堿含量、改善循環(huán)性能和高溫安全性能，制備方法簡單可行，實踐性和通用性強(qiáng)。上述說明僅是本專利技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術(shù)的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本專利技術(shù)的較佳實施例詳細(xì)說明如后。具體實施方式下面結(jié)合實施例，對本專利技術(shù)的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本專利技術(shù)，但不用來限制本專利技術(shù)的范圍。實施例1一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：將NiSO4、CoSO4、MnSO4按摩爾比Ni：Co：Mn＝7:1:2的比例溶于一定量的去離子水中，配置成金屬離子總濃度為1mol/L的混合鹽溶液。配置2mol/L的NaOH溶液，用計量泵以50mL/min的速度勻速將NaOH溶液輸入到混合鹽溶液中進(jìn)行反應(yīng)。完全加入后，密封反應(yīng)釜，在常壓和30℃條件下繼續(xù)攪拌反應(yīng)10h，得到共沉淀反應(yīng)混合物，固液分離后，用去離子水洗滌3次，過濾物于120℃真空干燥12h，得到三元正極材料前驅(qū)體。將LiOH·H2O于120℃真空干燥5h后，按摩爾比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.045:1的比例，與三元正極材料前驅(qū)體在混料機(jī)中混合3h至充分均勻，在氧氣氛條件下500℃預(yù)燒5h，然后850℃燒結(jié)15h，得到高容量三元正極材料Li(Ni0.7Co0.1Mn0.2)O2。按摩爾比Co：Li(Ni0.7Co0.1Mn0.2)O2＝0.03:1的比例，將高容量三元正極材料Li(Ni0.7Co0.1Mn0.2)O2與納米氫氧化亞鈷Co(OH)2在混料機(jī)中中混合3h至充分均勻，在氧氣氛條件下900℃燒結(jié)12h，得到氧化鈷包覆后的高容量三元正極材料。將上述氧化鈷包覆的高容量三元正極材料分別進(jìn)行物理化學(xué)指標(biāo)、CR2016型扣式電池(3.0～4.3V，0.2C充放電)和355071型軟包裝鋰離子電池(3.0～4.2V，0.5C充放電)測試，研究本專利技術(shù)所述正極材料的綜合性能。其中，pH為11.75；扣式電池測試放電容量為185.2mAh/g，首次充放電庫倫效率為85.6％；軟包裝鋰離子電池測試放電容量為179.0mAh/g；85℃/4h高溫儲存后氣脹率為21.1％。實施例2一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，與實施例1的不同之處在于氧化鈷包覆量為摩爾比Co：Li(NixCoyMn1-x-y)O2＝0.04:1，其它條件都相同。將本實施例中得到的氧化鈷包覆的高容量三元正極材料分別進(jìn)行物理化學(xué)指標(biāo)、CR2016型扣式電池(3.0～4.3V，0.2C充放電)和355071型軟包裝鋰離子電池(3.0～4.2V，0.5C充放電)測試，研究本專利技術(shù)所述正極材料的綜合性能。其中，pH為11.5；扣式電池測試放電容量為186.0mAh/g，首次充放電庫倫效率為85.8％；軟包裝鋰離子電池測試放電容量為179.2mAh/g；85℃/4h高溫儲存后氣脹率為16.5％。實施例3一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，與實施例1的不同之處在于氧化鈷包覆量為摩爾比Co：Li(NixCoyMn1-x-y)O2＝0.05:1，其它條件都相同。將本實施例中得到的氧化鈷包覆的高容量三元正極材料分別進(jìn)行物理化學(xué)指標(biāo)、CR2016型扣式電池(3.0～4.3V，0.2C充放電)和355071型軟包裝鋰離子電池(3.0～4.2V，0.5C充放電)測試，研究本專利技術(shù)所述正極材料的綜合性能。其中，pH為11.42；扣式電池測試放電容量為187.5mAh/g，首次充放電庫倫效率為86.6％；軟包裝鋰離子本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于：該三元正極材料的化學(xué)通式為Li(NixCoyMn1?x?y)O2，其中0.5≤x≤0.9，0<y≤0.3，0<1?x?y≤0.2，制備方法包括如下步驟：S1.以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、可溶性堿為原料，通過共沉淀反應(yīng)并烘干制備三元正極材料前驅(qū)體；S2.將所述步驟S1中的三元正極材料前驅(qū)體與鋰鹽混合均勻，在空氣或氧氣氛條件下高溫?zé)Y(jié)制備三元正極材料；S3.將所述步驟S2中的三元正極材料與納米級鈷化合物高速混合均勻，在空氣或氧氣氛條件下高溫?zé)Y(jié)制備氧化鈷包覆的三元正極材料。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于：該三元正極材料的化學(xué)通式為Li(NixCoyMn1-x-y)O2，其中0.5≤x≤0.9，0<y≤0.3，0<1-x-y≤0.2，制備方法包括如下步驟：S1.以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、可溶性堿為原料，通過共沉淀反應(yīng)并烘干制備三元正極材料前驅(qū)體；S2.將所述步驟S1中的三元正極材料前驅(qū)體與鋰鹽混合均勻，在空氣或氧氣氛條件下高溫?zé)Y(jié)制備三元正極材料；S3.將所述步驟S2中的三元正極材料與納米級鈷化合物高速混合均勻，在空氣或氧氣氛條件下高溫?zé)Y(jié)制備氧化鈷包覆的三元正極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鈷包覆三元正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟S3中，鈷化合物包括Co3O4、CoO、Co(OH...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐朝輝，馬巖華，錢飛鵬，趙春陽，
申請(專利權(quán))人：無錫晶石新型能源有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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