[發明專利]一種原位包覆鋰電單晶正極納米片材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910299091.6
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN110048103B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 鄭鵬;郭守武
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;C30B5/00;C30B29/22;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種原位包覆鋰電正極單晶納米片材料的制備方法，該方法包含攪拌、微波凝膠和高溫燒結等步驟。制備的單晶納米片能夠有效釋放鋰離子嵌入脫出因其的體積變化，從而使正極材料保持結構穩定，展現出良好的循環穩定性。在制備納米片材料的同時可以實現原位包覆，本方法制備的單晶納米片電極材料具有比容量高，循環穩定性好，工藝簡單的優點。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，特別涉及一種原位包覆鋰電單晶正極納米片材料及其制備方法。

背景技術

鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰等層狀鋰電正極材料因具有高比容量和高能量密度，在動力電池方面得到廣泛研究和應用。此類正極材料一般是由前驅體和鋰鹽在高溫下煅燒而得，得到的正極材料大多為由一次顆粒團聚而得的二次顆粒或塊體，如CN201210052612和CN201410011342。正極材料的儲鋰機理均為嵌入脫出機制，鋰離子各向同性插入一次顆粒，致使緊密團聚在一塊的各個一次顆粒產生應力，從而導致二次顆粒破裂，影響電極材料的循環使用壽命，并且對電池的安全性能帶來負面影響。

納米片僅在徑向膨脹，能及時釋放鋰離子嵌入而帶來的膨脹體積，保持電極結構穩定性。但是，專利CN107248572A雖然得到了富鎳三元正極納米片材料，然而其微波回流步驟限制了其規模大批量生產；并且其工藝不穩定，通過微波回流得到氫氧化鎳超薄納米片具有極大的表面能，在高溫固相煅燒條件下非常容易形成塊體顆粒結構。并且，其得到的納米片為多晶結構，多晶結構為各向同性膨脹，不利于鋰離子的擴散，且不利于結構穩定性。

鋰電三元正極材料由于表面穩定性差，在電池循環過程中容易發生副反應，從而造成容量衰減，穩定性變差。為了抑制副反應，往往需要進行二次處理，對正極進行表面包覆，此類二次包覆非原位包覆，工藝復雜。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種原位包覆鋰電正極單晶納米片材料及其制備方法，形成的納米片材料為單晶，利于鋰離子的擴散和結構穩定性，便于規模化生產，并且實現了材料表面原位包覆過程，減少了生成工藝，且制備的包覆層連接緊密。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種原位包覆鋰電單晶正極納米片材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，攪拌混合

將包覆層前驅體、鋰鹽、鎳鹽以及錳鹽或鋁鹽加入到水中攪拌混合，再加入起絡合配位作用的高聚物繼續攪拌均勻，得到前驅液；

或者，將包覆層前驅體、鋰鹽、鎳鹽、鈷鹽以及錳鹽或鋁鹽加入到水中攪拌混合，再加入起絡合配位作用的高聚物繼續攪拌均勻，得到前驅液；

步驟2，微波凝膠反應

將步驟1得到的前驅液置于微波反應器中進行微波凝膠反應，微波功率為500-2000w，微波時間為1min～1h，得到干粉；

步驟3，煅燒

將干粉在空氣或氧氣氣氛爐中煅燒，得到納米片材料。

優選的，步驟1中，包覆層前驅體為氧化物前驅體或磷酸化物前驅體。

進一步的，氧化物前驅體為鈦鹽、鋁鹽、鎂鹽或鈷鹽。

進一步的，磷酸化物前驅體為磷酸二氫胺和乙酸鋁。

優選的，步驟3所得納米片材料為內核外包覆有包覆層的結構，包覆層的質量為內核質量的0.01％～8％。

優選的，步驟1中，高聚物為聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸鈉的一種或任意幾種混合物。

優選的，步驟3中，煅燒溫度為600～1000℃，煅燒時間為1～20h。