[发明专利]一种核壳结构锂离子电池的三元正极材料及其制备方法

说明书

一种核壳结构锂离子电池的三元正极材料的制备方法，包括以下步骤，1）配制镍盐、钴盐、锰盐、铝盐的多元混合溶液；2）在保护性气氛下，多元混合溶液与氨水和氢氧化钠并流加入到含有底液的反应装置中，进行共沉淀反应得到NCM的氢氧化物前驱体；3）通入二氧化碳气体使得NCM前驱体表面形成一层氢氧化铝包覆层；4）将上述前驱体进行过滤、洗涤、干燥后加入锂源进行热处理得到表面包覆有氧化铝的NCM材料。本发明制得的核壳结构的前驱体孔隙分布均匀，间距适中，比表面积大。将制得的前驱体与锂盐进一步处理得到锂离子电池正极材料，可表现出高充放电比容量、长循环稳定性能和良好倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的正极材料，尤其涉及一种核壳结构锂离子电池的三元正极材料及制备方法。

背景技术

目前，化石燃料仍然是主要的供电资源。然而随着人类不合理的开采和利用，化石能源日趋紧张，环境污染日益严重。因此，开发利用新的清洁资源以及可再生能源，如太阳能、风能、潮汐能等成为了当务之急。但另一方面，电网的正常运行需要稳定连续的发电，太阳能、风能、潮汐能等受到天气、地点以及时间等因素的制约，极大的限制了其大规模的应用和普及。为了解决该问题，大规模电化学储能技术成为了一个重要的研究领域。其中，二次电池由于具有较高的能量密度和转化效率，成为了大规模储电的不二选择，而循环寿命长且具有最高能量密度的锂离子电池被认为是最具有前途的二次电池。

按照目前国家的规划，到2020年正的能量密度达到250mAh/g，甚至到300mAh/g的能量密度指标，那么现在商业化应用的电极材料体系都无法实现，因此就需要较大的技术改革。以电动汽车为例，要想跑得更远，就必须有更高的电池能量和续航，就目前广泛应用于动力电池的LFP来说已经难以满足发展的需要。而三元电池相比有更高的能量密度和循环性能，成为电池体系的不二选择。

正极材料作为目前锂离子电池里面主要的储存锂离子的地方，其性能直接影响锂离子电池的性能。然而随着容量的不断提高，三元正极材料的倍率性能和稳定性变差这势必成为阻碍锂离子电池向前发展的一大隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、重复性好、成本低廉、环境友好的核壳结构锂离子电池正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为： 一种核壳结构锂离子电池的三元正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，1）配制镍盐、钴盐、锰盐、铝盐的多元混合溶液；

2）在保护性气氛下，将步骤1）的多元混合溶液与氨水和氢氧化钠并流加入到含有底液的反应装置中，调节流量、pH、铵根浓度、转速、温度进行共沉淀反应得到NCM的氢氧化物前驱体；在本发明中，底液为氢氧化钠和氨水的混合液。

3）停止加入氢氧化钠、氨水和多元溶液，通入二氧化碳气体使得NCM前驱体表面形成一层氢氧化铝包覆层；

4）将上述前驱体进行过滤、洗涤、干燥后加入锂源进行热处理得到表面包覆有氧化铝的NCM材料。

本发明制得的核壳结构的前驱体孔隙分布均匀，间距适中，比表面积大。将制得的前驱体与锂盐进一步处理得到锂离子电池正极材料，可表现出高充放电比容量、长循环稳定性能和良好倍率性能。此外，本发明方法工艺简单、重复性好、成本低廉、环境友好。

本发明直接将铝盐溶解在多元溶液中，在高pH下以偏铝酸根的形式均匀的附着在NCM前驱体表面，之后通入二氧化碳气体便可在前驱体表面均匀沉淀，进而得到致密性良好且一致的保护膜。之后通过过滤、洗涤、干燥。热处理除去前驱体中的杂质得到的核壳结构的正极材料。

氧化铝作为良好的离子导体，均匀的包覆在三元材料表面有利于锂离子均匀的从各个方向脱嵌。且其化学性质稳定，在电解液和正极材料之间形成了一层稳定的界面，避免电解液腐蚀正极材料且有利于保证结构的稳定。既保证了容量，又能改善材料循环性能、倍率性能差等问题。