[发明专利]一种包覆改性的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改性的三元正极材料及其制备方法，包括以下步骤，采用溶剂热法在三元前驱体Ni_xCo_yMn_z(OH)₂(x+y+z＝1)的表面原位生长出CQDs(碳量子点)，再将表面包覆碳量子点的三元前驱体氮化处理后与锂源混合烧结，得到表面单包覆的三元正极材料，最后再加入硼酸混合烧结，得到表面双包覆的三元正极材料。本发明所制备的三元正极材料具有良好的电子导电性以及可有效地减少HF对过渡金属的腐蚀，同时能够稳定三元正极材料的晶体结构，从而有效地提高了三元锂离子电池的倍率与循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种包覆改性的三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自二十世纪九十年代被Sony公司率先实现商业化以来，在能源市场上的比重逐年增加。锂离子电池具有比能量高、工作电压高、循环寿命长、自放电小、环境友好、寿命长等显著优点，被广泛应用于笔记本电脑、移动电话、照相机、等便携式电子设备。相对于LiCoO₂仅能够发挥理论比容量的50％，同时Co金属资源稀缺，并且Co的毒性对人与环境都会造成伤害而言，层状的三元材料体系结合各种过渡金属元素的优点，Co的导电性，Ni的高容量以及Mn的廉价，在三元协同的作用下发挥材料的性能。

目前，三元材料存在的主要问题在于随循环的进行，电压平台不断衰减，同时，高镍三元材料还存在着循环稳定性较差、高温性能欠佳等缺陷。其中，表面包覆可以有效改善材料的结构稳定性，并且可以形成保护层将材料中的活性物质与电解液隔离开来，从而可以大大降低电极/电解质界面处的副反应。然而仅利用表面单包覆对镍钴锰三元材料进行修饰虽然可以有效缓解金属离子的溶出，减少HF对活性物质的腐蚀，改善电池循环性能，但对电池倍率性能的提升没有任何作用。所以在降低界面反应的同时，须兼顾包覆物质的电子/离子电导率，才能更好地提高三元材料的倍率与循环性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种包覆改性的三元正极材料，该材料具有良好的电子导电性和结构稳定性以及可有效地优化界面电化学反应环境，从而提高了三元锂离子电池的倍率与循环性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种包覆改性的三元正极材料，包括位于内部的三元正极材料以及由里到外依次包覆在三元正极材料表面的掺氮CQDs(碳量子点)包覆层和B₂O₃包覆层。

作为优选的技术方案，所述掺氮CQDs包覆层的质量是三元正极材料质量的0.1-0.5wt％。所述B₂O₃包覆层的质量是三元正极材料质量的1-5wt％。

本发明的第二个目的是提供上述所述的包覆改性的三元正极材料的制备方法，步骤如下：

S1、制备表面包覆掺氮CQDs的三元材料前驱体：将乙二醇(CH₂OH)₂与所述三元前躯体按质量比1:2-6置于烧杯中，连续搅拌1-3h，将混合均匀的溶液转移到反应釜中,加热至160-240℃，保温4-6h，冷却至室温后离心、洗涤，将沉淀物在100-120℃中真空干燥4-8h，随后将沉淀物与氨水溶液以及足量的蒸馏水置于烧杯中,连续搅拌1-3h，再将混合均匀的溶液转移到反应釜中,加热至180-220℃，保温4-6h，随即得到表面包覆掺氮CQDs的三元材料前驱体；其中，所述三元前躯体Ni_xCo_yMn_z(OH)₂中0x＜1，0y＜1，0z＜1，且x+y+z＝1；氨水与乙二醇的质量比为1:40；

S2、制备单包覆结构的的三元正极材料：将表面包覆掺氮CQDs的三元材料前驱体与锂源混合得到混合物料，在氧气气氛下对混合物料进行烧结处理，经过一次破碎后，即得到表面具有掺氮CQDs包覆层的三元正极材料；