[发明专利]一种包覆型三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种包覆型三元正极材料及其制备方法，制备方法包括：对三元正极材料进行表面羟基化处理，得到羟基化处理的三元正极材料；将金属氟化物和碳纳米管在溶剂中混合球磨均匀，经过干燥、过筛、高温烧结，得到碳纳米管包覆金属氟化物；对碳纳米管包覆金属氟化物进行表面羧基化处理，得到羧基化处理的碳纳米管包覆金属氟化物；将羟基化处理的三元正极材料和羧基化处理的碳纳米管包覆金属氟化物加入溶剂中，搅拌反应，然后固液分离，将得到的固体物质干燥、过筛，即得。本发明可以有效改善三元正极材料的结构稳定性、电子电导和离子电导，制得的三元正极材料热稳定性高、导电性好，具有优良的倍率性能和循环寿命。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种包覆型三元正极材料及其制备方法。

背景技术

能源危机和环保问题成为了当今人们极为关注的两个问题，因此提倡大力发展新能源以解决上述问题。锂离子电池作为新能源的一种同时也是电动汽车的主要动力而获得了快速发展，目前对锂离子电池的功率密度和能量密度提出了更高的要求。正极材料的性能对锂离子电池的性能具有重要的影响，现有的三元正极材料具有比容量大(＞250mAh/g)、充放电电压范围宽以及价格低廉等优点，被认为是最有潜力的下一代正极材料。但是三元正极材料离子电导率及电子电导率差，因而存在倍率性能、循环性能差的缺陷。

针对上述缺陷，主要通过两种材料改性的方法来解决：一个是元素掺杂，另一个是表面包覆。元素掺杂主要是金属阳离子和氟阴离子掺杂，可一定程度上增强材料的结构稳定性，但是存在掺杂不均匀的问题，掺杂元素分布在材料颗粒表面和体相，易形成杂相；表面包覆技术是在富锂三元正极材料表面包覆一层保护层，该保护层为电化学惰性，可一定程度上抑制材料高电压充放电造成的结构坍塌，缓解电解液对电极材料的腐蚀，同时提高材料的导电性，但是存在包覆不均匀，工艺复杂的问题，同时会形成大量有毒害的工业废水。由于一般的元素掺杂、表面包覆都存在掺杂、包覆不均匀的问题，其对三元材料的结构稳定性提升不明显，在较宽的电压范围内充放电，尤其是在高电压下充放电就会导致材料析氧严重，降低材料的容量和结构稳定性。

鉴于此，实有必要提供一种三元正极材料改性方法以克服以上缺陷。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种包覆型三元正极材料及其制备方法，可以改善材料的结构稳定性，提高材料的电子电导和离子电导，使材料具有高容量、高倍率性能以及优良的循环稳定性。

本发明提出的一种包覆型三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、对三元正极材料进行表面羟基化处理，得到羟基化处理的三元正极材料；

S2、将金属氟化物和碳纳米管在溶剂中混合球磨均匀，经过干燥、过筛，然后在惰性气氛或者弱还原气氛下高温烧结，得到碳纳米管包覆金属氟化物；

S3、对所述碳纳米管包覆金属氟化物进行表面羧基化处理，得到羧基化处理的碳纳米管包覆金属氟化物；

S4、将所述羟基化处理的三元正极材料和羧基化处理的碳纳米管包覆金属氟化物加入溶剂中，搅拌反应，然后固液分离，将得到的固体物质干燥、过筛，即得所述包覆型三元正极材料。

其中，三元正极材料可选用锂离子电池常用的三元正极材料，本发明对此不作特别限制。优选地，所述三元正极材料的化学式为LiNi_aCo_bMn_cO₂，其中0.5≤a≤0.9，0.1＜b＜0.5，0.1＜c＜0.5，且a+b+c＝1。

优选地，所述三元正极材料是以可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐为原料，先经过共沉淀法制得前驱体，再烧结制得。

优选地，所述可溶性镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的至少一种；优选地，所述可溶性钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的至少一种；优选地，所述可溶性锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的至少一种。