[发明专利]一种镍钴铝三元正极材料的包覆方法及应用

说明书

本发明提供一种镍钴铝三元正极材料的包覆方法及应用，其中：包覆方法具体是一种采用溶剂热法加冷冻干燥法在镍钴铝三元正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂基体材料上进行表面包覆处理的方法。本发明还提供上述包覆方法在锂离子电池中的应用，具体是一种锂离子电池的制备方法。本发明采用冷冻干燥法制备TiO₂包覆的镍钴铝三元正极材料LiN_i0.80Co_1.5Al_0.05O₂，采用本发明方法进行TiO₂包覆后的三元正极材料LiN_i0.80Co_1.5Al_0.05O₂可以有效改善材料的界面效应，从而降低电池的内阻；在充电截止电位较高时，可以大大提高材料的循环稳定性；改善材料的热稳定性和在大电流下的充放电性能；而且冷冻干燥法可以有效避免包覆改性材料的叠加团聚，将改性材料均匀地包覆在待改性材料表面。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及一种镍钴铝三元正极材料的包覆方法及应用，尤其涉及镍钴铝三元正极材料LiNi_0.80Co_1.5Al_0.05O₂的包覆方法及应用。

背景技术

锂离子电池三元正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂具有高镍系正极材料的容量高等优点，但也存在着如下缺陷：

(a)在充放电过程中，正极材料与电解液接触产生立方盐岩相活性物质NiO，NiO的电子和离子的传导性都低于正极材料；

(b)在循环过程中会产生非活性且遍布于整个材料晶体中的Ni³⁺，降低材料的氧化还原能力；

(c)循环过程中，正极材料表面生成一层固体电解质界面膜(SEI)，SEI膜导电性较差，充电深度越大，材料的阻抗随之增大；且SEI膜的形成会消耗锂离子，SEI膜不均匀，会使高氧化态的Ni⁴⁺与电解液接触，分解电解液，随着O₂的生成，会发生安全问题。

上述问题的产生会导致材料出现循环性降低，热稳定性差和安全隐患等问题。目前三元正极材料改性研究的主要方向有包覆、掺杂和制备复合材料、优化制备工艺等，目前仍然以表面包覆处理为主要处理方法。通过包覆可以减少正极材料活性物质和电解液的直接接触，从而抑制材料中的镍与电解液发生副反应，降低材料的内阻，从而提高电芯的循环和倍率性能。

以下是已经公开的几种关于三元正极材料的包覆方法的相关报道：

对比文件1：CN105322176B公开一种锂离子电池正极材料的表面包覆方法，加入镁盐溶液和锂化合物超声加热溶解，并烘箱干燥进行表面包覆处理。

对比文件2：CN104112851B公开一种锂离子电池三元正极材料的表面包覆方法，一，将氟化锂与强极性溶剂按照0.1-100:100的质量比混合，搅拌成均一溶液A；二，将三元材料按质量比氟化锂:三元材料＝0.05-10:100转入溶液A，继续搅拌形成悬浊液B；三，将非良性溶剂按质量比悬浊液B：非良性溶剂＝0.1-100：1加入搅拌中的悬浊液B，形成悬浊液C，并陈化0.5-48小时；四，过滤悬浊液C，用易挥发的氟化锂不良溶剂洗涤滤饼，在50-100oC的条件下烘干滤饼；五，将滤饼煅烧，得到氟化锂包覆三元正极材料。

上述对比文件1和对比文件2公开的正极材料的表面包覆方法中均是采用传统的烘干工艺来蒸发溶剂，但是采用传统的烘干干燥方法所制得的材料颗粒团聚现象比较严重，主要是由于水的脱除会增大颗粒之间的引力，使纳米级别的一次小颗粒团聚成块状的二次颗粒，这就会使得改性材料在基体材料表面附着力欠佳而形成二者的混合物。