[發明專利]一種納米氧化鋁膜包覆的鋰離子正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210221966.9
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103515611B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 馬明遠;王明強;程迪;徐云軍;尹正中
• 申請（專利權）人: 河南科隆集團有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48
• 代理公司: 北京神州華茂知識產權有限公司11358
• 代理人: 李建華

技術領域

本發明屬于材料領域中電池正極材料的制備方法，具體涉及一種納米氧化鋁膜包覆的鋰離子正極材料及其制備方法。

技術背景

近年來，由于IT行業的迅猛發展對電源的要求日益提高，要求電源小巧、輕量、高容量、高循環性能、良好的高溫性能、高能量密度等特點，而鋰離子電池以其優越的綜合性能被廣泛的使用。

鋰離子電池中正極材料性能好壞對鋰離子電池性能有重要的影響，目前使用的三元材料LiNi_xCo_y Mn_1-x-y O₂，0.4≤x≤0.9,0.1<y≤0.5是具有層狀結構的過渡氧化物，在充放電過程中會有鎳、鈷、錳元素從正極中溶出，導致正極材料性能變差，表現為：容量低、循環性能不好等問題，目前解決的辦法是在材料中添加不同的元素來改進，但這些元素的添加會使材料結晶性能降低，材料的充放電效率也會降低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種雙層包覆的復合鋰離子正極材料及其制備方法。在不影響正極材料比容量的前提下克服了正極材料為LiNi_xCo_y Mn_1-x-y O₂，0.4≤x≤0.9,0.1<y≤0.5的材料的充放電效率低、高溫循環性能差、容量低、循環性能不好等鋰離子電池領域的難題，同時解決了正極材料在充放電過程中與電解質反應產生的氣體無處釋放會造成電池脹氣，嚴重影響電池的容量和循環性能的難題。

為解決上述技術問題本發明提供一種納米氧化鋁膜包覆的鋰離子正極材料及其制備方法。

一種納米氧化鋁膜包覆的鋰離子正極材料，正極材料為LiNi_xCo_y Mn_1-x-y O₂，0.4≤x≤0.9,0.1<y≤0.5，正極材料活性物質表面包覆的物質分別納米氧化鋁。

一種雙層包覆的鋰離子正極材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟：

（1）配置一定濃度的碳酸氫鈉溶液，其濃度為0.1M-3M。

（2）將正極材料與碳酸氫鈉溶液加入反應釜中進行攪拌，以200r/min-900r/min的速度進行攪拌1-8h，溫度在50-55℃。

(3)配置一定濃度的鋁鹽溶液，其濃度為0.01M-0.2M

(4)將一定濃度的鋁鹽溶液以0.02L/min-0.1L/min滴加速度加入正極材料和碳酸氫鈉的混合溶液中，進行攪拌，同時加入適量的氨水調節溶液的pH值為8-12。

(5)將上面步驟(4)中溶液進行靜止60min-100min，再把溶液進行過濾、洗滌，洗滌液pH為6.5-7.0。

（6）將水洗后的材料進行抽濾，然后再在溫度為60℃-100℃的條件下烘2-20h，經過干燥后再在氧氣氣氛條件下，煅燒2-10h便可以得到納米氧化鋁膜包覆的正極材料。

其中，所述鋁源來源于AlCl₃、Al₂(SO₄)₃、AlNO₃中的一種。

其中，煅燒溫度在100℃-700℃。優選為400℃。

一種納米氧化鋁膜包覆的鋰離子正極材料，正極材料的平均粒徑為5um-12um，優選為9um-12um。

本發明具有如下優點：通過調節正極材料與鋁鹽濃度可以控制包膜的厚度；包膜反應是以非均相成核機制進行，確保包膜反應首先在正極材料表面進行；包膜的物質是以化學鍵結合在材料表面，不易使包膜物質脫落。包覆的氧化鋁膜能夠在正極材料和電解液之間形成一個過渡層，使鋰離子在活性物質表面擴散速率緩慢，有助于鋰離子在電解液和電極中擴散速率穩定，有利于提高材料的循環性能，以及熱穩定性，同時也會降低電池的脹氣性能。本方法合成過程簡單，包膜均勻，納米膜厚度為10nm-40nm。易于工業化生產，優化了材料的高倍率性能以及高溫循環性能，很好地滿足了市場對正極材料的要求。

附圖說明

圖1為按實施例1所制備樣品的晶體衍射圖

圖2為按實施例1所制備樣品的充放電曲線圖

圖3為按實施例1所制備樣品的充放電循環次數曲線圖

圖4為按實施例1所制備包覆后樣品的掃描電鏡圖

具體實施方式

實施例1