[发明专利]一种多层包覆高镍三元材料的制备方法

说明书

一种多层包覆高镍三元材料的制备方法，包括以下步骤：准备高镍三元材料作为溶质与溶剂复配获得悬浮液；加入盐酸多巴胺和碱性调节剂，所述盐酸多巴胺在碱性条件下在所述高镍三元材料的表面形成可以让锂离子自由通过的高分子粘附层；在所述粘附层的表面形成钛金属氧化物前驱体层；再次加入盐酸多巴胺在所述钛金属氧化物前驱体层的表面形成所述高分子粘附层，获得表面依次包覆有；加入酸性的氧化石墨烯溶液获得混合液；将混合液进行喷雾造粒处理获得包覆改性的高镍三元材料；将所述包覆改性的高镍三元材料在惰性气体氛围下热还原处理，获得有碳层、二氧化钛层、石墨烯层包覆的高镍三元材料。本发明可以提高高镍三元材料的导电性、稳定性和循环性能。

技术领域

本发明涉及电池正极材料领域，特别是涉及一种多层包覆高镍三元材料的制备方法。

背景技术

随着新能源汽车发展的不断成熟、规模不断扩大和政策不断倾斜，未来十年新能源汽车行业将迎来一个飞跃式的发展，或可替代燃油汽车。动力电池是新能源汽车的核心部件，动力电池续航性能欠缺一直以来都是新能汽车的一大短板，为此，科研工作者对高续航动力电池展开了深入的研究。高循环能力的电池必须具备高容量特性，主要在于开发高容量正极电池材料。人们发现高镍类三元正极材料是一种高容量的电池正极材料。

三元材料是LiNi_xCo_yMn_zO₂按Ni、Co、Mn比例的不同分为NCM-111、NCM-523、NCM-622、NCM-811等。其中Ni的存在有利于三元正极材料中可逆Li嵌入量增加，所以，高镍三元材料往往具有非常高的理论比容量；Co的存在有利于减少材料中阳离子混合放电，降低阻抗，提高导电率，改善循环性能；低成本的Mn可降低材料的成本，提高材料的的稳定性和安全性。因此，较低Co、Mn含量、的高镍三元正极材料通常存在Ni²⁺、Li⁺混排现象，且循环、倍率性能较差，限制了高镍三元材料的商业应用。三元正极材料在合成时+3价态的Ni极不稳定，容易被还原成+2价态，Ni²⁺的离子半径为0.069nm，小于Li⁺（0.076nm）离子半径，当Ni²⁺/Li⁺混排时晶体层间厚度降低，锂离子在通道内扩散变得复杂和困难。当充电时，随着锂离子的脱出Ni²⁺通过提高自身化合价形成Ni³⁺、Ni⁴⁺来平衡周围电荷平衡，当Ni的价态变高时其半径进一步变小，层间厚度也继续变小甚至发生结构塌陷，导致锂离子输运困难，且高价态的镍具有很强的氧化性，极易与电解液发生副反应生成HF、LiF、CO₂等，导致容量降低，循环稳定性变差。此外，高镍三元材料在制备过程中，材料表面和内部通常存在许多以氧化物方式存在的残锂，当其与空气中的水或二氧化碳接触时，会发生反应生成LiOH、Li₂CO₃。在充放电过程中LiOH会和电解液中的六氟磷酸锂发生反应生成HF，HF会对电极材料表面造成破坏，降低材料的可逆容量和循环性能；Li₂CO₃会在高压或高温条件下分解生成CO₂，使电池发生严重的胀气。

三元正极材料通常是由一次粒子二次聚合成二次颗粒，当充放电过程中颗粒表面出现微裂纹时，会促使电解分解的副产物进一步腐蚀正极材料，增大材料阻抗，使容量衰减。基于三元材料自身存在的电导率差的问题，是制约电极材料如倍率性能提升的关键影响因素。针对高镍三元材料上述缺陷，目前主要的改性手段主要包括有原酸掺杂、表面包覆、合成核壳结构等。本发明提供的一种双层包覆改性结合了表面包覆和构建核壳结构双重改性，其主要通过隔绝正极材料与电解液的直接基础，降低电解液副产物HF的产生，缓解副反应，提高电子导电性，提高材料的循环稳定性和倍率性能。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的不足，本发明首要目的在于提供一种利用聚多巴胺层表现出的强氢键作用表现出的强粘附性，在高镍三元材料的表面均匀负载二氧化钛层和氧化石墨烯层，以增强高镍三元材料的导电性、稳定性和循环性能的方法。