[發明專利]一種表面具有雙層包覆結構的三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011188172.8
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112289998B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 汪宇;鄭剛;劉漢康;林浩;張迎霞;魯勁華
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 周靜

本發明公開了一種表面具有雙層包覆結構的三元正極材料及其制備方法，本發明通過利用原位生成的方法在三元材料前驅體的表面合成MoS₂納米片，MoS₂是由兩個S層和一個Mo層組成的ABA三明治分層結構，相鄰層之間通過范德華力相互作用，具有良好的化學穩定性；此外，MoS₂還具有優異的電導率，可以提高電子和鋰離子在電極與電解液之間傳輸效率；另外，在材料的表層包覆一層Al₂O₃，可以緩解正極材料在充放電過程中的結構變化，并能有效地優化界面電化學反應環境，從而提高三元材料的循環穩定性。本發明所制備的材料具有良好的電子導電性和結構穩定性，可有效地優化界面電化學反應環境，提高電池的倍率與循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種表面具有雙層包覆結構的三元正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池三元正極材料由于具有較高的能量密度，被認為是最具前景的下一代高能量鋰離子電池正極材料，并成為現階段產業界的開發重點。然而，鎳鈷錳三元材料卻普遍存在一些問題亟需解決。第一、倍率性能較鈷酸鋰等材料稍差；第二：由于電解液分解產生的氟化氫的腐蝕，三元材料中鎳、鈷、錳過渡金屬會從電極溶解到電解液中，形成表面結構塌陷，循環性能變差。第三：在電池充放電過程中，伴隨著副反應的發生，正極活性材料的結構將會受到一定的破壞。

表面包覆可以有效改善材料的結構穩定性，并且可以形成保護層將材料中的活性物質與電解液隔離開來，從而可以大大降低電極/電解質界面處的副反應。然而僅利用表面單包覆對鎳鈷錳三元材料進行修飾雖然可以有效緩解金屬離子的溶出，減少HF對活性物質的腐蝕，改善電池循環性能，但對電池倍率性能的提升沒有任何作用。所以在降低界面反應的同時，須兼顧包覆物質的電子/離子電導率，才能更好地提高三元材料的倍率與循環性能。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種表面具有雙層包覆結構的三元正極材料，該材料具有良好的電子導電性和結構穩定性以及可有效地優化界面電化學反應環境，從而提高了三元鋰離子電池的倍率與循環性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種表面具有雙層包覆結構的三元正極材料，包括位于內部的三元正極材料以及由里到外依次包覆在三元正極材料表面的MoS₂納米片包覆層和Al₂O₃包覆層。

作為優選的技術方案，所述MoS₂納米片包覆層的質量是三元正極材料質量的0.5-5wt％。所述Al₂O₃包覆層的質量是三元正極材料質量的1-10wt％。

本發明的第二個目的是提供上述所述的表面具有雙層包覆結構的三元正極材料的制備方法，步驟如下：

S1、制備表面包覆MoS₂納米片包覆層的三元材料前驅體：將鉬酸鈉、硫代乙酰胺和水合硅鎢酸溶解在去離子水中得到反應液，然后將三元前軀體Ni_xCo_yMn_z(OH)₂分散在反應液中得到混合液；將混合液轉移至反應釜中進行水熱反應，得到表面包覆MoS₂納米片包覆層的三元材料前驅體；其中，所述三元前軀體Ni_xCo_yMn_z(OH)₂中0x＜1，0y＜1，0z＜1，且x+y+z＝1；

S2、制備Al(OH)₃包覆層：將表面包覆MoS₂納米片包覆層的三元材料前驅體和鋁源共同分散在去離子水中，混合均勻后的物料經過陳化后得到混合漿料，依次進行洗滌、干燥后在三元材料前驅體的最外層形成Al(OH)₃包覆層；