[发明专利]一种多元素包覆核壳结构锂离子正极材料及其制备方法

说明书

本发明提出一种多元素包覆核壳结构锂离子正极材料及其制备方法，属于无机化学领域，能够解决现有锂离子电池正极材料的包覆工艺存在包覆元素单一、包覆后导电性差的技术问题。该正极材料是由镍钴锰酸锂正极材料和包覆在其表面的铝元素包覆内层和碳元素包覆外层组成，该三元正极材料的制备方法主要包括：一次烧结品的制备、待包覆基体物料的制备、铝元素包覆的镍钴锰酸锂材料的制备、碳元素包覆外层‑铝元素包覆内层的镍钴锰酸锂材料的制备以及多元素包覆核壳结构锂离子正极材料的制备等步骤。本发明能够应用于锂离子电池三元正极材料方面。

技术领域

本发明属于无机化学领域，尤其涉及一种多元素包覆核壳结构锂离子正极材料及其制备方法。

背景技术

随着下游电动汽车行业的爆裂式发展，对于锂离子电池的需求愈发强烈，正极材料作为锂电池制备过程中最重要的组成部分，直接影响了锂电池性能的优劣。目前，市场主流的的锂电池正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂和锰酸锂四种，但上述几种材料存在成本高昂、能量密度低、高温循环性能差等缺陷，直接影响了其在电动车领域的大规模使用，而三元正极材料作为近几年新兴的“正极材料新贵”，由于其综合性能优异，如绿色安全、高能量密度、循环性能优异等特性，成为目前行业研究和使用最为广泛的材料。

为了追求更加优异极致的性能，对于三元材料的改性工作也从未停止，包覆作为一种比较常规且直接有效的三元材料改性工艺，能够通过在材料表面形成保护层来抑制材料在充放电过程中与电解液的副反应和材料内部过渡金属离子的溶出，从而明显的提高材料的电化学稳定性，但现有的包覆工艺多采用为单元素包覆，虽然能起到一定的包覆效果，如提高材料的循环性能，但由于单一元素的限制性，容易导致包覆后材料其他方面性能的下降，最常见的是会导致材料导电性能下降。因此，如何开发出一种导电性性能好的、多元素协同包覆的锂离子电池正极材料是解决上述问题的关键。

发明内容

本发明针对现有锂离子电池正极材料的包覆工艺存在包覆元素单一、包覆后导电性差的技术问题，提出一种多元素协调包覆的、导电性能好的多元素包覆核壳结构锂离子正极材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多元素包覆核壳结构锂离子正极材料的制备方法，包括如下步骤：

称取一定比例的碳酸锂和镍钴锰前驱体，并于高速混合机中混匀后进入辊道窑中进行一次烧结，得到一次烧结品；

对所述一次烧结品进行粉碎细化，得到细化料，并将其输送至流化床中充分流化分散，得到待包覆基体物料；

称取铝元素包覆剂，于含有分散剂的溶液中液化分散得到混合溶液，再经流化床雾化口加入流化床中，实现对所述待包覆基体物料的雾化包覆，同时迅速固化干燥，得到铝元素包覆的镍钴锰酸锂材料；

称取碳元素包覆剂，于含有分散剂的溶液中液化分散得到混合溶液，再经流化床雾化口加入流化床中，实现对所述铝元素包覆的镍钴锰酸锂材料的雾化包覆，同时迅速固化干燥，得到碳元素包覆外层-铝元素包覆内层的镍钴锰酸锂材料；

所述碳元素包覆外层-铝元素包覆内层的镍钴锰酸锂材料进入辊道窑中进行二次烧结，最终得到多元素包覆核壳结构锂离子正极材料。

作为优选，所述碳酸锂和镍钴锰前驱体的摩尔比为0.55-1.5:1，一次烧结温度为800-950℃，烧结时间为10-15h。

作为优选，对所述一次烧结品进行粉碎细化所用装置选自机械式粉碎机、气流粉碎机、研磨机和低温粉碎机中的至少一种，将细化料输送至流化床的输送方式为带式输送、链式输送、螺旋输送、振动输送、正压输送和负压输送中的至少一种，细化料的输送质量为1-1000kg。

作为优选，将所述细化料输送至流化床中充分流化分散所采用的流化方式为底部气吹、侧部气吹、底部桨叶搅拌和中部桨叶搅拌中的至少一种。