一種改性正極材料及其制備方法、正極片以及鋰離子電池技術

本發明專利技術屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種改性正極材料及其制備方法、正極片以及鋰離子電池，包括內核以及包覆內核的包覆殼，所述內核為鈷酸鋰，所述包覆殼包括硼離子、氟離子和釔離子。制備方法包括以下步驟：步驟(A)、將鋰源、鈷源混合溶解，調節酸堿度，蒸發，減壓烘干，研磨，煅燒得到鈷酸鋰；步驟(B)、將步驟(A)制得的鈷酸鋰、釔源、氟源以及硼源分別研磨破碎，混合攪拌，煅燒得到以鈷酸鋰為內核，氧化硼和氧化釔為包覆殼的核殼結構的改性正極材料。本發明專利技術的一種改性正極材料，提高鈷酸鋰表面以及體相穩定性，從而提高材料的電性能。從而提高材料的電性能。

【技術實現步驟摘要】
一種改性正極材料及其制備方法、正極片以及鋰離子電池


[0001]本專利技術屬于鋰離子電池
，尤其涉及一種改性正極材料及其制備方法、正極片以及鋰離子電池。

技術介紹

[0002]鋰離子電池(LIBS)因其具有高能量和功率密度，長循環壽命，低自放電率和較高安全性等特性，其在電動工具，電動車輛和能量存儲系統中是最有前途的能量存儲裝置。同時鈷酸鋰是所有商用正極材料中材料密度最高的物質，因此受到各個材料廠家的廣泛青睞，但是，在高電壓下充放電時，大量的鋰離子從體相中脫嵌出來，其完美的層狀結構會導致層狀晶格的過渡金屬(TM)層具有強烈的滑動傾向，從而發生不可逆相變，導致循環跳水等問題；除了內在的體相結構不穩定，在高電壓下表面不穩定問題變得更加明顯。目前商用的鈷酸鋰已滿足4.48V體系中的充放電要求，但之后還有4.5V、4.53V等等，因此如何提高鈷酸鋰的結構穩定性在鋰電從業者面前顯得非常迫切。

技術實現思路

[0003]本專利技術的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種改性正極材料，提高鈷酸鋰表面以及體相穩定性，從而提高材料的電性能。
[0004]為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
[0005]一種改性正極材料，包括內核以及包覆內核的包覆殼，所述內核為鈷酸鋰，所述包覆殼包括硼離子、氟離子和釔離子。
[0006]本專利技術的目的之二在于：針對現有技術的不足，而提供一種改性正極材料的制備方法，使用溶膠
?
凝膠法合成納米鈷酸鋰，使用F、B以及稀土元素Y進行包覆，不僅提升了體相與包覆殼的材料結構穩定性，而且增強了材料表面的電子電導及鋰離子的嵌入和脫出能力。
[0007]為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
[0008]一種改性正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0009]步驟(A)、將鋰源、鈷源混合溶解，調節酸堿度，蒸發，減壓烘干，研磨，煅燒得到鈷酸鋰；
[0010]步驟(B)、將步驟(A)制得的鈷酸鋰、釔源、氟源以及硼源分別研磨破碎，混合攪拌，煅燒得到以鈷酸鋰為內核，氧化硼和氧化釔為包覆殼的核殼結構的改性正極材料。
[0011]作為本專利技術一種改性正極材料的制備方法的一種改進，所述步驟(A)中鋰源、鈷源的質量份數比為1～3：1～2。
[0012]作為本專利技術一種改性正極材料的制備方法的一種改進，所述步驟(B)中鈷酸鋰、釔源、氟源以及硼源的質量份數比為1～3：0.5～3：1.5～9：0.5～1。
[0013]作為本專利技術一種改性正極材料的制備方法的一種改進，所述步驟(A)中煅燒溫度為800～1000℃，煅燒時間為15～20小時。
[0014]作為本專利技術一種改性正極材料的制備方法的一種改進，所述步驟(A)減壓烘干的溫度為100～150℃。
[0015]作為本專利技術一種改性正極材料的制備方法的一種改進，所述步驟(B)中煅燒溫度為800～1000℃，煅燒時間為8～12小時。
[0016]作為本專利技術一種改性正極材料的制備方法的一種改進，所述步驟(A)中鋰源為醋酸鋰、氫氧化鋰一水合物、氧化鋰、乙酸鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、磷酸鋰、磷酸二氧鋰、草酸鋰、氯化鋰、鉬酸鋰、釩酸鋰中的一種或多種混合物。
[0017]作為本專利技術一種改性正極材料的制備方法的一種改進，所述步驟(B)中硼源為硼酸、硼烷、硼砂中的一種或多種混合物。
[0018]本專利技術的目的之三在于：針對現有技術的不足，而提供一種正極片，具有良好的穩定性和電子電導性能，使鋰離子的嵌入和脫出能力提高。
[0019]為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
[0020]一種正極片，包括箔材以及正極材料，所述正極材料涂覆于箔材的至少一面。
[0021]本專利技術的目的之四在于：針對現有技術的不足，而提供一種鋰離子電池，具有良好的穩定性，使用壽命長。
[0022]為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
[0023]一種鋰離子電池，包括正極片、負極片、電解液以及用于分隔所述正極片和所述負極片的隔膜，所述正極片包括箔材以及設置于箔材一側面或兩側面的正極材料，所述正極材料為上述的改性正極材料。
[0024]相對于現在技術，本專利技術的有益效果在于：1、本專利技術通過包覆Y(稀土元素)、F及B元素，提升材料電化學性能。Y作為稀土元素具有很好的熱力學穩定性及與電極材料的優異結合能力，并且能提升材料的電子電導能力；2、同時Y
?
O的高的結合力，使得Y
3+
的摻雜具有優異的性能表現。金屬氟化物在表面涂層中具有明顯的優點，因為它可以有效地抑制HF酸的腐蝕；在所有的陰離子中，摻雜F
?
顯示出良好的性能。由于F的強電負性，可以有效地抑制過渡金屬離子的易位，因此抑制了循環過程中的相變，并且顯著提高了電壓衰減。3、B2O3包覆法也能提升正極材料結構穩定性。4、基于以上元素及化合物優點，本專利技術首先通過溶膠
?
凝膠法合成納米LiCoO2，再通過YF3/B2O3對納米LiCoO2的包覆制備性能優異的鈷酸鋰材料。
具體實施方式
[0025]1、一種改性正極材料，包括內核以及包覆內核的包覆殼，所述內核為鈷酸鋰，所述包覆殼包括硼離子、氟離子和釔離子。
[0026]本專利技術的一種改性正極材料，提高鈷酸鋰表面以及體相穩定性，從而提高材料的電性能。
[0027]2、一種改性正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0028]步驟(A)、將鋰源、鈷源混合溶解，調節酸堿度，蒸發，減壓烘干，研磨，煅燒得到鈷酸鋰；
[0029]步驟(B)、將步驟(A)制得的鈷酸鋰、釔源、氟源以及硼源分別研磨破碎，混合攪拌，煅燒得到以鈷酸鋰為內核，氧化硼和氧化釔為包覆殼的核殼結構的改性正極材料。
[0030]本專利技術的一種改性正極材料的制備方法，使用溶膠
?
凝膠法合成納米鈷酸鋰，使用
F、B以及稀土元素Y包覆法，不僅提升了體相與包覆殼的材料結構穩定性，而且增強了材料表面的電子電導及鋰離子的嵌入和脫出能力。
[0031]優選地，所述步驟(A)中鋰源、鈷源的質量份數比為1～3：1～2。合理控制鋰源與鈷源的質量份數比，使合成的鈷酸鋰質地均勻，結構更穩定。
[0032]優選地，所述步驟(B)中鈷酸鋰、釔源、氟源以及硼源的質量份數比為1～3：0.5～3：1.5～9：0.5～1。控制鈷酸鋰、釔源、氟源以及硼源的質量份數比，使制備出摻雜釔、氟以及硼的鈷酸鋰具有更好的體相以及結構穩定性，增強了表面的電子電導性以及鋰離子的嵌入和脫出能力。通過包覆Y(稀土元素)、F及B元素，提升材料電化學性能。Y作為稀土元素具有很好的熱力學穩定性及與電極材料的優異結合能力，并且能提升材料的電子電導能力；同時Y
?
O的高的結合力，使得Y
3+
的摻雜具有優異的性能表現。金屬氟化物在表面涂層中具有明顯的優點，因為它可以有效地抑本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種改性正極材料，其特征在于：包括內核以及包覆內核的包覆殼，所述內核為鈷酸鋰，所述包覆殼包括硼離子、氟離子和釔離子。2.一種改性正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟(A)、將鋰源、鈷源混合溶解，調節酸堿度，蒸發，減壓烘干，研磨，煅燒得到鈷酸鋰；步驟(B)、將步驟(A)制得的鈷酸鋰、釔源、氟源以及硼源分別研磨破碎，混合攪拌，煅燒得到以鈷酸鋰為內核，氧化硼和氧化釔為包覆殼的核殼結構的改性正極材料。3.根據權利要求2所述的一種改性正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(A)中鋰源、鈷源的質量份數比為1～3：1～2。4.根據權利要求2所述的一種改性正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(B)中鈷酸鋰、釔源、氟源以及硼源的質量份數比為1～3：0.5～3：1.5～9：0.5～1。5.根據權利要求2所述的一種改性正極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(A)中煅燒...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐軍，李玲霞，祝子倩，馬斌，陳杰，楊山，
申請(專利權)人：惠州鋰威新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：