[发明专利]一种提高高镍三元镍钴锰正极材料电化学性能的包覆方法

说明书

本发明公开了一种提高高镍三元镍钴锰正极材料电化学性能的包覆方法，包括：将钛源溶于溶剂中形成溶液，加入锂源溶解，然后加入柠檬酸得到混合溶液；将高镍三元镍钴锰正极材料均匀分散于溶剂中，加入混合溶液，混合均匀后进行水热反应或者溶剂热反应得到反应溶液；将反应溶液蒸发至凝胶状，干燥后得到正极材料混合物；将正极材料混合物煅烧得到表面具有钛酸锂包覆层的高镍三元镍钴锰正极材料。本发明提出的提高高镍三元镍钴锰正极材料电化学性能的包覆方法，过程简单，成本低，重复性好，得到的包覆层结晶度高，粒子粒径小、均一性好，提高了高镍三元镍钴锰正极材料的放电比容量、循环性能、倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其涉及一种提高高镍三元镍钴锰正极材料电化学性能的包覆方法。

背景技术

随着对高能量电池需求的增长，刺激了研究者对具有高性能的锂离子电池的研究。其中，高镍三元正极材料以高能量密度的优势备受瞩目，但高镍材料因严格的储存条件，循环性能差以及热稳定性差等缺点，限制其实际应用。

表面包覆是一种解决电池不可逆容量损失和循环恶化等问题的有效方法，包覆层的存在，阻碍电解液和活性材料之间直接接触，减少副反应，抑制金属离子溶解，降低电极极化程度，维持材料结构稳定，从而提高电极的电化学性能。

L_i4Ti₅O₁₂具有尖晶石结构，Fd3m空间群，扩散系数为10^-6cm²s^-1，作为包覆层有利于Li⁺扩散，稳定性高，具有平滑的放电电压平台，抗过充和过度放电。此外，Li₄Ti₅O₁₂具有“零应变”的特殊结构特点，可以避免由于电极体积反复的变化对其结构产生的破坏，即使在高充电电压下也能够维持结构稳定性。除此之外，Li₄Ti₅O₁₂能够避免电解液分解，金属离子的溶解，固体电解质界面膜的形成。此外，Li₄Ti₅O₁₂是一种负极材料，可以弥补正极材料的一些缺陷，并且能够贡献出部分容量，这对提高电池容量具有重要意义。

研究者往往使用球磨法、共沉淀法、溶胶凝胶法等传统方法对进行材料的表面包覆。但这些方法存在一定缺陷，例如前驱体价格高，预处理过程复杂和工业化生产难度大，并且正极材料的电化学性能对结晶度、相的纯度、粒子形态、均一性等非常敏感，这些因素又与材料的合成方法和合成条件密切相关。如中国专利公开号为CN106450216A的专利文件中，公开了一种改性镍钴铝正极材料及其制备方法，该镍钴铝锂三元正极材料的制备包括：先将钛源与镍钴铝前驱体进行混合，再进行水热或溶剂热反应，通过过滤洗涤得到非晶的钛氧化物包覆的镍钴铝前驱体，最后将前驱体、锂源和溶剂再次混合烧结后得到改性的镍钴铝正极材料。但是这些技术步骤，水热或溶剂热反应之后通过过滤洗涤再与锂源混合，得到的产物均一性不佳，包覆层不均匀。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种提高高镍三元镍钴锰正极材料电化学性能的包覆方法，其过程简单，成本低，重复性好，得到的包覆层结晶度高，粒子粒径小、均一性好，提高了高镍三元镍钴锰正极材料的放电比容量、循环性能和倍率性能，显著优化了高镍三元镍钴锰正极材料的电化学性能。

本发明提出的一种提高高镍三元镍钴锰正极材料电化学性能的包覆方法，包括以下步骤：

S1、将钛源溶于溶剂中形成溶液，加入锂源溶解，然后加入柠檬酸得到混合溶液；

S2、将高镍三元镍钴锰正极材料均匀分散于溶剂中，加入S1中的混合溶液，混合均匀后进行水热反应或者溶剂热反应得到反应溶液；

S3、将S2中的反应溶液蒸发至凝胶状，干燥后得到正极材料混合物；