鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池技術

本發明專利技術公開了一種鋰離子電池正極材料，其包括含鎳正極材料和包覆在含鎳正極材料表面的包覆層，其中，含鎳正極材料的化學通式為LiNi

Positive electrode material for lithium ion battery, preparation method thereof and lithium ion battery

The invention discloses a cathode material of a lithium ion battery, which comprises a nickel containing positive electrode material and a coating layer coated on the surface of a nickel containing positive electrode material, wherein the chemical formula of the nickel containing positive electrode material is LiNi

【技術實現步驟摘要】
鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池
本專利技術屬于新能源材料領域，更具體地說，本專利技術涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池。
技術介紹
高鎳正極材料由于具有較高的容量和較好的循環性能，是目前鋰離子電池正極材料的發展方向之一。但是，循環性能太差阻礙了高鎳正極材料的推廣和應用，例如，NCM622材料在4.3V下的循環性能遠遠不能滿足實際使用需求。因此，提高高鎳正極材料的循環性能是促使其工業化應用的關鍵。目前，業界通常采用表面包覆氧化物的方式來提高高鎳正極材料的循環性能，也取得了一定的效果，其中，氧化鋁包覆材料應用最為廣泛。但是，在高電壓和較高溫度下時，氧化鋁包覆對正極材料的循環性能改善并不明顯。有研究表明，可通過氧化硅包覆來抑制高電壓和高溫條件電解液中HF的產生，從而降低電解液副產物對正極材料表面的破壞，實現正極材料循環性能的提高。例如，相關技術揭示了通過正硅酸四乙酯水解法在富鋰錳基材料表面包覆二氧化硅以提高其穩定性，但是，正硅酸四乙酯有毒性，且該方法成本較高，不適合工業化應用。相關技術還通過稀硫酸與硅酸鈉反應，在材料表面生成二氧化硅來改善材料的循環穩定性，但是該方法對環境不友好，且酸液會腐蝕材料導致其容量顯著下降，實用性較差。有鑒于此，確有必要提供一種具有理想循環性能和動力學性能的鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：克服現有正極材料的不足，提供一種具有理想循環性能和動力學性能的鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池。為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供了一種鋰離子電池正極材料，其包括含鎳正極材料和包覆在含鎳正極材料表面的包覆層，其中，含鎳正極材料的化學通式為LiNixM1-xO2，0.5≤x≤1，M為Co、Mn、Al中的一種或幾種，包覆層包含磷酸釩鋰和二氧化硅。本專利技術選擇磷酸釩鋰和二氧化硅作為包覆物是因為：磷酸釩鋰結構穩定并能改善鋰離子電池的動力學性能、提高電池容量；二氧化硅的熱穩定性好，能夠抑制HF對陰極材料的腐蝕，從而改善鋰離子電池的循環性能。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述二氧化硅的粒徑為15～60nm。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述含磷酸釩鋰和二氧化硅的包覆層的厚度為60～200nm。包覆層的厚度由包覆物質的量決定，太厚會惡化鋰離子電池的電性能，太薄則改善效果不明顯且包覆過程難以實現。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述磷酸釩鋰占所述含鎳正極材料質量的0.2～1％。磷酸釩鋰的用量在前述質量范圍時，既能有效改善鋰離子電池的動力性能，又不會使循環性能出現惡化。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的一種改進，所述二氧化硅占所述含鎳正極材料質量的0.05～0.2％。二氧化硅的用量在前述質量范圍時，既能有效改善鋰離子電池的循環性能，又可避免因加入二氧化硅太多而導致正極材料克容量降低。為了實現上述專利技術目的，本專利技術還提供一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其包括以下步驟：(1)將磷酸釩鋰、二氧化硅和含鎳正極材料混合、研磨，其中，含鎳正極材料的化學通式為LiNixM1-xO2，0.5≤x≤1，M為Co、Mn、Al中的一種或幾種；(2)將步驟(1)所得中間產物干燥、煅燒；(3)將步驟(2)所得中間產物冷卻、破碎、過篩，得到鋰離子電池正極材料。上述制備方法中，步驟(1)中的磷酸釩鋰可以是直接作為原料與二氧化硅、含鎳正極材料混合加工，也可以是通過反應物在濕法包覆過程中反應間接生成磷酸釩鋰。優選地，磷酸釩鋰的反應物可以為碳酸鋰、五氧化二釩、磷酸二氫銨和草酸(或鹽酸)，各反應物的稱取量可根據磷酸釩鋰占含鎳正極材料的質量百分比計算而得。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的制備方法的一種改進，步驟(1)中，所述混合、研磨時，以乙醇、丙醇、乙二醇中的一種或幾種為介質；優選以乙醇為介質，通過球磨機進行球磨濕法共混。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的制備方法的一種改進，步驟(2)中，所述干燥是在60～150℃下干燥4～8h。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的制備方法的一種改進，步驟(2)中，所述煅燒在氮氣或氬氣氣氛下進行，煅燒溫度為500～550℃，煅燒時間為6～8h。作為本專利技術鋰離子電池正極材料的制備方法的一種改進，步驟(3)中，所述過篩是過200目篩。為了實現上述專利技術目的，本專利技術還提供了一種鋰離子電池，其包括正極片、負極片、間隔于正極片和負極片之間的隔離膜，以及電解液，其中，正極片包括正極集流體和分布于正極集流體上的正極材料，負極片包括負極集流體和分布在負極集流體上的負極材料，其中，正極材料包含前述鋰離子電池正極材料或根據前述方法制備的鋰離子電池正極材料。與現有技術相比，本專利技術鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池具有如下優點：1)本專利技術采用磷酸釩鋰和二氧化硅的混合物作為含鎳正極材料的表面包覆物，二氧化硅可以顯著優化正極材料的循環性能，磷酸釩鋰可抑制二氧化硅包覆導致正極材料電阻的增加和動力學性能的降低，所得鋰離子電池正極材料的動力學性能和在高電壓下的循環穩定性均有顯著改善；2)本專利技術鋰離子電池正極材料的制備方法具有工藝路線簡單、參數容易控制、流程短、成本低、對環境無污染等優點，適合大規模生產，具有良好的應用前景；3)本專利技術鋰離子電池采用磷酸釩鋰和二氧化硅的混合物包覆含鎳正極材料作為鋰離子電池正極材料，在高電壓下的循環性能得到顯著提高，其動力學性能也明顯提升。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式，對本專利技術鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池及其有益效果進行詳細說明。圖1為對比例1正極材料的SEM圖(×10000)。圖2為本專利技術實施例1制得的鋰離子電池正極材料的SEM圖(×10000)。圖3為本專利技術實施例5和對比例2在常溫下的全電池循環曲線圖。圖4為本專利技術實施例5和對比例2在45℃下的全電池循環曲線圖。圖5為本專利技術實施例5和對比例2在不同SOC狀態下的直流電阻圖。具體實施方式為了使本專利技術的專利技術目的、技術方案和有益技術效果更加清晰，以下結合實施例和附圖，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的實施例只是為了解釋本專利技術，并非為了限定本專利技術，實施例的配方、比例等可因地制宜做出選擇而對結果并無實質性影響。實施例1在正極材料LiNi0.65Co0.15Mn0.2O2表面包覆磷酸釩鋰和二氧化硅，其制備方法如下：(1)將磷酸釩鋰、二氧化硅和LiNi0.65Co0.15Mn0.2以乙醇作為介質球磨濕法共混1h，其中，磷酸釩鋰占LiNi0.65Co0.15Mn0.2質量的0.2％，二氧化硅(平均粒徑15nm)占LiNi0.65Co0.15Mn0.2質量的0.08％；(2)將步驟(1)所得中間產物于80℃下干燥4h，并在氮氣氣氛保護下，將干燥后的物質在500℃下煅燒6h，升溫速率是5℃/min；(3)將步驟(2)所得中間產物隨爐冷卻、破碎并過200目篩，得到表面包覆有磷酸釩鋰和二氧化硅的包覆層的鋰離子電池正極材料，其SEM圖如圖2所示。對圖2可以看出，本專利技術所得鋰離子電池正極材料表面存在一層較薄的包覆層，且包覆層在正極材料的表面均勻分布。實施例2在正極材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2表面包覆磷酸釩鋰和二氧化硅，磷酸釩鋰由碳酸鋰、五氧化本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述鋰離子電池正極材料包括含鎳正極材料和包覆在含鎳正極材料表面的包覆層，其中，含鎳正極材料的化學通式為LiNi

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述鋰離子電池正極材料包括含鎳正極材料和包覆在含鎳正極材料表面的包覆層，其中，含鎳正極材料的化學通式為LiNixM1-xO2，0.5≤x≤1，M為Co、Mn、Al中的一種或幾種，包覆層包含磷酸釩鋰和二氧化硅。2.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述二氧化硅的粒徑為15～60nm。3.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述含磷酸釩鋰和二氧化硅的包覆層的厚度為60～200nm。4.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述磷酸釩鋰占所述含鎳正極材料質量的0.2～1％。5.根據權利要求1所述的鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述二氧化硅占所述含鎳正極材料質量的0.05～0.2％。6.一種鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將磷酸釩鋰、二氧化硅和含鎳正極材料混合、研磨，其中，含鎳正極材料的化學通式為LiNixM1-xO2，0.5≤x≤1，M為Co、Mn、Al中的一種或幾...

【專利技術屬性】
技術研發人員：況新亮，陳玉君，汪龍，柳娜，
申請(專利權)人：寧德時代新能源科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：福建,35