[发明专利]一种原位包覆锂电单晶正极纳米片材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种原位包覆锂电正极单晶纳米片材料的制备方法，该方法包含搅拌、微波凝胶和高温烧结等步骤。制备的单晶纳米片能够有效释放锂离子嵌入脱出因其的体积变化，从而使正极材料保持结构稳定，展现出良好的循环稳定性。在制备纳米片材料的同时可以实现原位包覆，本方法制备的单晶纳米片电极材料具有比容量高，循环稳定性好，工艺简单的优点。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别涉及一种原位包覆锂电单晶正极纳米片材料及其制备方法。

背景技术

镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂等层状锂电正极材料因具有高比容量和高能量密度，在动力电池方面得到广泛研究和应用。此类正极材料一般是由前驱体和锂盐在高温下煅烧而得，得到的正极材料大多为由一次颗粒团聚而得的二次颗粒或块体，如CN201210052612和CN201410011342。正极材料的储锂机理均为嵌入脱出机制，锂离子各向同性插入一次颗粒，致使紧密团聚在一块的各个一次颗粒产生应力，从而导致二次颗粒破裂，影响电极材料的循环使用寿命，并且对电池的安全性能带来负面影响。

纳米片仅在径向膨胀，能及时释放锂离子嵌入而带来的膨胀体积，保持电极结构稳定性。但是，专利CN107248572A虽然得到了富镍三元正极纳米片材料，然而其微波回流步骤限制了其规模大批量生产；并且其工艺不稳定，通过微波回流得到氢氧化镍超薄纳米片具有极大的表面能，在高温固相煅烧条件下非常容易形成块体颗粒结构。并且，其得到的纳米片为多晶结构，多晶结构为各向同性膨胀，不利于锂离子的扩散，且不利于结构稳定性。

锂电三元正极材料由于表面稳定性差，在电池循环过程中容易发生副反应，从而造成容量衰减，稳定性变差。为了抑制副反应，往往需要进行二次处理，对正极进行表面包覆，此类二次包覆非原位包覆，工艺复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种原位包覆锂电正极单晶纳米片材料及其制备方法，形成的纳米片材料为单晶，利于锂离子的扩散和结构稳定性，便于规模化生产，并且实现了材料表面原位包覆过程，减少了生成工艺，且制备的包覆层连接紧密。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种原位包覆锂电单晶正极纳米片材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，搅拌混合

将包覆层前驱体、锂盐、镍盐以及锰盐或铝盐加入到水中搅拌混合，再加入起络合配位作用的高聚物继续搅拌均匀，得到前驱液；

或者，将包覆层前驱体、锂盐、镍盐、钴盐以及锰盐或铝盐加入到水中搅拌混合，再加入起络合配位作用的高聚物继续搅拌均匀，得到前驱液；

步骤2，微波凝胶反应

将步骤1得到的前驱液置于微波反应器中进行微波凝胶反应，微波功率为500-2000w，微波时间为1min～1h，得到干粉；

步骤3，煅烧

将干粉在空气或氧气气氛炉中煅烧，得到纳米片材料。

优选的，步骤1中，包覆层前驱体为氧化物前驱体或磷酸化物前驱体。

进一步的，氧化物前驱体为钛盐、铝盐、镁盐或钴盐。

进一步的，磷酸化物前驱体为磷酸二氢胺和乙酸铝。

优选的，步骤3所得纳米片材料为内核外包覆有包覆层的结构，包覆层的质量为内核质量的0.01％～8％。

优选的，步骤1中，高聚物为聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠的一种或任意几种混合物。

优选的，步骤3中，煅烧温度为600～1000℃，煅烧时间为1～20h。