【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池，具體而言，涉及一種三元正極材料的制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、鋰離子電池具有能量密度大、循環(huán)壽命長、工作范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、空間技術(shù)等領(lǐng)域需求巨大、引人注目。隨著市場對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程需求的提高，要求鋰離子電池具有更高的能量密度、安全性能及其倍率性能。而目前市場化的正極材料能量密度偏低，限制其在一些領(lǐng)域的推廣。所以提高鋰離子電池三元正極材料的比容量及其倍率性能成為目前研究的熱點(diǎn)。針對(duì)市場需求，鋰離子電池正極材料主要采用摻雜、包覆、優(yōu)化合成工藝等來提高性能。包覆技術(shù)是目前應(yīng)用最廣、效果最佳的方法之一，即通過在正極材料表面包覆一層氧化物或其他鹽類物質(zhì)來提高其比容量、循環(huán)性能和倍率性能等。
2、三元正極材料因具有平臺(tái)高、比容量高和價(jià)格低成為鋰離子電池正極材料應(yīng)用于新能源汽車中最有潛力的材料。然而，三元正極材料易與空氣中水分發(fā)生作用，惡化電池循環(huán)穩(wěn)定性；且材料易與電解液作用造成電池鼓包。同時(shí)，高鎳三元正極材料在電化學(xué)循環(huán)過程產(chǎn)生的ni4+易與電解液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生不可逆相變，降低電池放電容量，惡化電池的循環(huán)性能。
3、為解決以上問題，研究者通過在三元正極材料表面包覆一層惰性氧化物，降低材料對(duì)空氣的敏感度，減少材料與電解液的反應(yīng)，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
4、如專利zl201610443127.x公開了一種通過高溫?zé)Y(jié)摻雜以及高溫?zé)Y(jié)包覆獲得的單晶鎳鈷錳酸鋰正極材料，該種材料雖然比未摻雜包覆的三元基材具有更好的循環(huán)性能，但是摻雜及包覆都是通過固相高溫?zé)Y(jié)
5、又如專利cn108878799a公開了一種介孔硅酸鋁鋰包覆的摻雜型單晶三元正極材料及其制備方法，該材料表面包覆層雖然具有高速電子通道，但尚未解決三元正極材料穩(wěn)定性較差的問題。
6、又如專利cn115117318a公開了一種介孔羥基氧化鋁硅包覆的鋰電正極材料的制備工藝，依次包括步驟s1，制取羥基氧化鋁硅包覆料，得混合膠體a2，包含其包含羥基氧化鋁硅前驅(qū)體；s2，球化和包覆，得混合體系b1，包含介孔羥基氧化鋁硅包覆的鋰電三元正極材料前驅(qū)體；和s3：抽濾、洗滌、干燥和煅燒得介孔羥基氧化鋁硅均勻包覆的鋰電三元正極材料b3。本專利技術(shù)采用99.9%的鋁醇鹽，與硅源、鋰源共同水解；加入三元正極材料，回流攪拌使之均勻混合、顆粒球化及包覆；最終煅燒得介孔羥基氧化鋁硅包覆的鋰電正極材料。該產(chǎn)物純度高，球形度好，粉體比重大，其能量密度比普通納米氧化鋁包覆產(chǎn)品高10~20%，材料表面活性高，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，但該材料的制備流程過于復(fù)雜。
7、鑒于此，特提出本專利技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種三元正極材料的制備方法。
2、本專利技術(shù)的又一目的是提供上述制備方法得到的三元正極材料。
3、本專利技術(shù)的又一目的是提供一種含有上述三元正極材料的鋰離子電池。
4、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
5、第一方面，本專利技術(shù)提供一種三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：
6、s1、將納米金屬離子溶膠活化處理；
7、s2、向步驟s1得到的活化液中加入硅烷偶聯(lián)劑、溶劑和三元正極活性物質(zhì)，經(jīng)羥基縮合反應(yīng)后煅燒，得到由金屬氧化物和硅氧化物形成的納米復(fù)合物包覆的正極材料。
8、本專利技術(shù)選擇納米金屬離子溶膠為原料，將其活化處理后使其中金屬陽離子與納米硅離子在羥基縮合反應(yīng)條件下形成納米復(fù)合物，活化可使納米金屬離子溶膠表面更容易產(chǎn)生羥基基團(tuán)，從而可以在水解后更好的進(jìn)行硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)，形成金屬-o-si-r；再在濕法條件下進(jìn)一步形成細(xì)密均勻的包覆層牢固包覆在三元正極材料基體表面，從而改善了傳統(tǒng)固相混合(球磨混合和高混機(jī)混合)不均勻問題，并有效去除了正極材料表面的殘余鋰，同時(shí)利用金屬陽離子與硅離子突出的穩(wěn)定性和優(yōu)秀的電化學(xué)活性，改善了三元正極材料的穩(wěn)定性和高溫循環(huán)性。
9、上述制備方法中，步驟s1中，所述納米金屬離子選自鋁、鋯、鈰和鎢中的一種或多種。
10、上述制備方法中，步驟s1中，所述納米金屬離子溶膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-30wt%，4≤ph≤7，優(yōu)選ph4-5，顆粒粒徑為10-15nm。
11、上述制備方法中，步驟s1中，所述納米金屬離子溶膠中金屬離子總質(zhì)量的用量為所述正極活性物質(zhì)質(zhì)量的0.03-0.3%，優(yōu)選為0.15-0.3%。
12、上述制備方法中，步驟s1中，所述活化處理使用的表面活性劑選自油酸鈉、月桂酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鈉、硬脂酸、十二烷基氨基丙酸鈉和六偏磷酸鈉中的一種或多種。優(yōu)選為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、六偏磷酸鈉中的一種或多種。
13、上述制備方法中，步驟s1中，所述表面活性劑的用量為所述納米金屬離子溶膠質(zhì)量的1-5%，優(yōu)選為1-2%。
14、上述制備方法中，步驟s2中，所述硅烷偶聯(lián)劑選自甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷中的一種或多種。優(yōu)選的為甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷的一種或多種。
15、上述制備方法中，步驟s2中，所述硅烷偶聯(lián)劑與所述納米金屬離子溶膠中金屬離子總質(zhì)量的質(zhì)量比為1：（1-2）。
16、上述制備方法中，步驟s2中，所述溶劑為乙醇。
17、上述制備方法中，步驟s2中，所述硅烷偶聯(lián)劑與所述溶劑的質(zhì)量比為1：（1-4）。
18、上述制備方法中，步驟s2中，所述羥基縮合反應(yīng)按照下述操作進(jìn)行：向步驟s1得到的溶液中加入硅烷偶聯(lián)劑、溶劑，在20-40℃反應(yīng)15-30min，再加入正極活性物質(zhì)反應(yīng)2-4h。
19、上述制備方法中，步驟s2中，所述煅燒的條件為：在氧氣或空氣氛圍下，溫度為300-650℃，時(shí)間為2-8h。
20、上述制備方法中，步驟s2中，所述三元正極活性物質(zhì)的化學(xué)通式為linixcoymn1-x-yo2，0.60≤x≤1，0＜y≤0.2。
21、根據(jù)本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式，所述正極活性物質(zhì)的化學(xué)式為lini0.88co0.08mn0.04o2。
22、第二方面，本專利技術(shù)還提供了上述制備方法得到的三元正極材料。
23、所述三元正極材料包括正極活性物質(zhì)顆粒及其表面的包覆層；所述包覆層由納米金屬離子和硅離子形成的納米復(fù)合物組成。
24、第三方面，本專利技術(shù)提供一種鋰離子電池，包括正極；所述正極的材料為上述三元正極材料。
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)取得的有益效果是：
26、本專利技術(shù)中，金屬陽離子與納米硅離子在羥基縮合反應(yīng)條件下形成納米復(fù)合物，并在濕法條件下形成細(xì)密均勻的包覆層牢固包覆在三元正極材料基體表面，從而本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述納米金屬離子選自鋁、鋯、鈰和鎢中的一種或多種；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述活化處理使用的表面活性劑選自油酸鈉、月桂酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鈉、硬脂酸、十二烷基氨基丙酸鈉和六偏磷酸鈉中的一種或多種；
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述硅烷偶聯(lián)劑選自甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷中的一種或多種；
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述羥基縮合反應(yīng)按照下述操作進(jìn)行：向步驟S1得到的活化液中加入硅烷偶聯(lián)劑、溶劑，在20-40℃反應(yīng)15-30min，再加入正極活性物質(zhì)反應(yīng)2-4h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述煅燒的條件為：在氧氣或空
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述三元正極活性物質(zhì)的化學(xué)通式為LiNixCoyMn1-x-yO2，0.60≤x≤1，0＜y≤0.2。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述制備方法得到的三元正極材料。
9.一種鋰離子電池，包括正極；所述正極的材料為權(quán)利要求8所述的三元正極材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種三元正極材料的制備方法，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述納米金屬離子選自鋁、鋯、鈰和鎢中的一種或多種；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述活化處理使用的表面活性劑選自油酸鈉、月桂酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基磺酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鈉、硬脂酸、十二烷基氨基丙酸鈉和六偏磷酸鈉中的一種或多種；
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述硅烷偶聯(lián)劑選自甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷中的一種或多種；
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高偉，劉星，李郭威，閔長青，高玉仙，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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