[發明專利]鋁包覆富鋰三元正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910179492.8
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109755547A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 徐寧;呂菲;楊定捷
• 申請（專利權）人: 天津巴莫科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
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本發明公開了一種鋁包覆富鋰三元正極材料及其制備方法。鋁包覆富鋰三元正極材料為核殼型結構,包括內核活性物質和外包覆層，內核活性物質為富鋰三元正極材料，外包覆層為三氧化二鋁，化學結構式為Al_m(Li_1+nNi_xCo_yMn_zO₂)，0＜n≤1，0＜x≤1,0＜y≤1，0＜Z≤1,0≤m≤0.05。本發明還公開了鋁包覆富鋰三元正極材料的制備方法，該制備方法中包括球磨步驟，球磨步驟中每5～20min轉換一次球磨方向。本發明采用轉換球磨方向的方法來控制制備材料的粒徑，得到的材料粒徑和包覆層厚度適宜。本發明制備出的材料電化學性能好，制備方法簡單、易于操作，便于實現大規模生產。

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池正極材料領域，尤其涉及一種鋁包覆富鋰三元正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著化石燃料帶來的污染日益嚴重，以及中國政府對環境保護的日益重視，燃油車退市已在計劃之中。這就為新能源汽車提供了前所未有的機遇，對電池性能也提出了更高的要求。目前，我國制定了到2020年電池比能量要達到或超過200Wh/kg的目標。要想完成這一指標，電池的比容量要高于250Wh/g以上的正極材料是現階段研發的當務之急。在新型的鋰離子電池正極材料中，層狀富鋰三元正極材料的比能量超過250Wh/g，為未來高能量密度的動力電池提供了可能性。

雖然層狀富鋰三元正極材料有較高的放電比容量，但該型材料還存在較多的問題，例如：1.結構穩定性差；2.首次庫倫效率低；3.放電時電壓平臺逐漸降低；4.倍率性能差。面對該類材料所具有的缺陷，需要對這種材料進行精細結構的改性，同時把材料的顆粒控制在納米級，方便進行二次噴霧造粒以適應工業化的要求。

其中對該類材料進行包覆是非常行之有效的一種改性方法。這種改性方法對制備工藝的要求極高，不但要求包覆層本身具有良好的化學穩定性，更是對內核材料的尺寸以及包覆層的厚度有嚴格的要求，過小的內核尺寸會導致包覆層厚度難以控制，從而制備的包覆層過厚，影響材料傳質性能；而過大的內核尺寸會導致包覆層過薄，起不到保護材料的作用，結構穩定效果下降。而現有技術中，對于內核富鋰材料的尺寸控制方法往往采用液相法，該方法成本較高，較為復雜，不利于大規模應用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種鋁包覆富鋰三元正極材料及其制備方法，制備了一種三氧化二鋁包覆的三元正極材料，通過在制備過程中改變球磨方向、控制球磨轉速和時間來有效控制內核富鋰材料的尺寸以及包覆層的厚度。

為此，本發明的技術方案如下：

一種鋁包覆富鋰三元正極材料，所述鋁包覆富鋰三元正極材料為核殼型結構,包括內核活性物質和外包覆層，內核活性物質為富鋰三元正極材料，外包覆層為三氧化二鋁，所述鋁包覆富鋰三元正極材料的化學結構式為Al_m(Li_1+nNi_xCo_yMn_zO₂)，0＜n≤1，0＜x≤1,0＜y≤1，0＜z≤1,0≤m≤0.05。

優選的，0＜n≤0.5，0.5＜x≤1,0＜y≤0.5，0＜z≤0.5,0≤m≤0.05。

優選的，x＝0.8，y＝0.1，z＝0.1。

所述鋁包覆富鋰三元正極材料的粒徑為100～500nm，所述外包覆層的厚度為3nm～10nm。

優選的，所述鋁包覆富鋰三元正極材料的粒徑為300nm，所述外包覆層的厚度為6nm。

一種制備鋁包覆富鋰三元正極材料的方法，制備方法中至少包括球磨步驟，球磨步驟中每5～20min轉換一次球磨方向。