[发明专利]一种双层包覆的复合锂离子正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域中电池正极材料的制备方法，具体涉及一种双层包覆的复合锂离子正极材料及其制备方法。

技术背景

LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0.4≤x≤0.9，0.1＜y≤0.5)是具有层状结构的过渡金属氧化物，由于其资源丰富、价格低廉、且具有较高的比容量等优点，三元材料因兼有LiNiO₂和LiCoO₂的优点，合成容易，故被认为是最有希望取代目前已经商业化的LiCoO₂的正极材料之一。

钴酸锂体系作为锂离子电池正极材料取得了很大发展，但由于全球钴储量有限，价格昂贵，毒性大，作为正极材料电池成本较高；另外，过充时LiCoO₂所产生的CoO₂对电解质氧化的催化活性很强，且放出大量热量而导致严重的安全隐患，目前三元材料在充放电的过程中，材料容易发生晶格畸变，造成电池容量迅速衰减，首次充放电效率，特别是在高温下使用时更是如此；另一个缺点就是三元材料的大倍率性能不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双层包覆的复合锂离子正极材料及其制备方法。在不影响正极材料比容量的前提下克服了正极材料LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0.4≤x≤0.9，0.1＜y≤0.5)的倍率性能不好的问题，高温循环性能差等锂离子电池领域的难题，同时解决了高温下LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂结构发生变化或坍塌的问题以及导电性差的问题。

碳材料具有很好的导电性能，微孔结构以及高的比表面积等特点，碳材料与三元材料复合将能提高材料的导电性能以及改善元素分布，能提高材料的首次充放电效率，铝元素的包覆会增强正极材料在充放电过程中结构的稳定性。

为解决上述技术问题本发明提供一种双层包覆的复合锂离子正极材料及其制备方法。

本发明的一种双层包覆的锂离子正极材料，其中，正极材料为LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0.4≤x≤0.9，0.1＜y≤0.5)正极材料活性物质表面包覆的物质分别为碳和铝。

本发明的一种双层包覆的锂离子正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将正极材料与碳源按照一定的质量比为1∶0.01-0.6放入球磨机中，进行球磨，以300r/min-900r/min的速度进行球磨1-30h。

(2)球磨后将混合物放入坩埚中以1℃/min-15℃/min的升温速率升到180℃-600℃进行保温，保温时间为1-30h，再经过冷却便得到包覆碳的锂离子电池正极材料。

(3)包覆碳的锂离子电池正极材料与低熔点盐和铝的化合物按一定的质量比在球墨瓶中以200r/min-800r/min的速度进行球磨1-35h，使其混合均匀。

(4)将步骤3得到的混合物进行加热，按照升温速率为1℃/min-15℃/min加热到低熔点盐的熔点温度以上，进行保温，保温时间为1-20h。

(5)将步骤4中保温后的材料进行冷却到室温，再称取一定的质量进行水洗，料与水的质量比例按1∶1进行水洗，水洗次数为1-5次。

(6)将水洗后的材料进行抽滤，然后再在温度为80℃-300℃的条件下烘2-20h，烘干后自然冷却，进行粉碎，筛分，即可得到双层包覆的锂离子正极材料。

其中，所述碳源来源于蔗糖、酚醛树脂、葡萄糖中的一种或一种以上。

其中，所述低熔点盐来源于Na、K、Li的硝酸盐、硫酸盐或氯化物的一种或几种盐的混合物，其中低熔点盐与包覆碳的正极材料质量比为1∶0.05-6。

其中，所述Al³⁺来源于硝酸铝、硫酸铝或氯化铝中的一种或一种以上。

其中，铝源与包覆碳的正极材料质量比为0.01-2∶1。

其中，所述的低熔点盐温度为300℃-800℃。

附图说明

图1为按实施例1所制备样品的充放电曲线图

图2为按对比实施例所制备样品的充放电曲线图

图3为按实施例1所制备样品的充放电循环次数曲线图

具体实施方式