[发明专利]一种硅酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种正极材料及其制备方法，具体涉及一种硅酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型储能装置，具有高能量密度，工作电压高、循环寿命长，安全性能好、无记忆效应等优点，对于解决能源短缺和减少环境污染具有重要意义。其中，正极材料是决定其锂离子电池电化学性能、安全性能以及价格成本的关键因素，富镍材料LiNi_xM_1-xO₂（x≥0.8，M为Co，Mn，Al 等中的一种或几种）为α-NaFeO₂层状结构，属空间群，其实际可逆容量达200mAh·g^-1或更高，即为高容量型正极材料。但是，由于其镍含量较高，该材料在高电位下Ni⁴⁺易与电解液反应导致循环性能较差；另外，由于高镍材料烧结过程中，锂镍混排导致表面大量锂残渣Li₂O/LiOH 的存在，在电池加工过程中，材料暴露于空气会吸收大量H₂O/CO₂，形成LiOH/Li₂CO₃并带入大量水分进入电池，影响材料加工性能的同时，将严重恶化电池材料的电化学性能，因此，材料表面大量的锂残渣将导致储存性能差，这严重影响了该材料的商业化。针对该材料以上缺点，很多研究者采用包覆改性以减少与电解液的直接接触，从而提高其循环寿命，常采用的包覆物有金属氧化物，金属氟化物，磷酸盐等，并且其包覆方式多采用在正极材料上直接包覆。

比如，CN106910881A公开了一种偏钛酸锂包覆镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，通过进行原位包覆钛酸锂，直接将二氧化钛包覆于正极材料上，然后烧结得到钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂三元正极材料，但是，由于其制备方法上的缺陷，将导致包覆层不均匀，从而影响电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种包覆表面残锂量低，比容量和循环性能优异的硅酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种成本低，工艺简单，适宜于大工业生产的硅酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种硅酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料，所述硅酸锂的质量百分含量为1～10wt%，硅酸锂形成厚度2～20nm的包覆层包覆在镍钴铝酸锂上；所述正极材料为粒径5～15μm的球形颗粒。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硅酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在有机溶剂中加入硅源，搅拌均匀，然后加入水，再加入氢氧化镍钴铝，进行加热搅拌反应后，搅拌蒸干，得二氧化硅包覆的氢氧化镍钴铝前驱体粉末；

（2）将步骤（1）所得二氧化硅包覆的氢氧化镍钴铝前驱体粉末与锂盐研磨混匀，置于管式炉中，在氧化性气氛下，进行两段烧结，得硅酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料。

优选地，步骤（1）中，所述氢氧化镍钴铝与有机溶剂的质量体积比（g/mL）为1:5～25（更优选1:12～22）。

优选地，步骤（1）中，所述搅拌均匀的时间为5～10min。

优选地，步骤（1）中，所述硅源为硅酸四乙酯、正硅酸甲酯、多聚硅氧烷或甲基三乙氧基硅烷等中的一种或几种。更优选，所述硅源为硅酸四乙酯。

优选地，步骤（1）中，所述有机溶剂为无水乙醇、乙二醇、甲醇或N-甲基吡咯烷酮等中的一种或几种。

优选地，步骤（1）中，所述水与有机溶剂的体积比为2～5:100。加入水的目的是促进硅源的水解，所述比例下更有利于硅源的水解。

优选地，步骤（1）中，所述硅源中的硅与氢氧化镍钴铝的摩尔比为1～10:100。

优选地，步骤（1）中，所述氢氧化镍钴铝的粒径为5～15μm。

优选地，步骤（1）中，所述加热搅拌反应的温度为30～50℃，时间为12～15h。所述加热搅拌过程为硅源的水解过程，水解生成二氧化硅。

优选地，步骤（1）中，所述搅拌蒸干的温度为50～60℃。采用搅拌蒸干可有效防止团聚。