一种三元正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种三元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池。

背景技术：

1、近些年来，随着人们对于高能量密度电池的需求，电池变得越来越薄，越来越轻。富镍(ni)的三元层状过渡金属氧化物(linixcoym1-x-yo2，m＝mn或al)由于拥有优越的能量密度和较低的成本，成为目前研究的热点。但是富ni的三元层状过渡金属氧化物的应用主要面临以下问题：(1)电解液的侵蚀导致材料中部分过渡金属溶解；(2)正极处电解液的分解后，会形成固体电解质(cei)膜，导致内阻变大。正因为这些缺陷的存在，导致富ni的三元层状过渡金属氧化物的商业化应用受到一定限制。

2、为了解决上述问题，包覆是一个非常有效的手段。通过在三元正极材料表面包覆一层无机金属氧化物，可以有效避免材料与电解液发生副反应，以此来增强材料的稳定性，提升电池的循环性能。同时，如果包覆材料的良好导电性，可以有效提高锂离子的传输，从而提高正极材料的功率性能。

3、目前锂离子电池中电解液最主要的电解质锂盐是六氟磷酸锂(lipf6)，lipf6的热稳定性较差，容易与水发生水解反应生成氟化氢(hf)，hf会对正极材料造成腐蚀，使材料中的过渡金属离子溶解，导致晶体发生相变，电池性能变差。通过在三元层状过渡金属氧化物材料表面包覆一层无机非金属氧化物，可以有效减少电解液与电解质发生反应，从而提高锂离子电池在循环中的稳定性。

4、目前主要使用无机非金属氧化物、氟化物、磷酸物等，如：二氧化硅(sio2)，氧化钴(co3o4)、氧化钼(moo3)、氧化锆(zro2)、氧化锌(zno)、氧化铝(al2o3)、氟化铝(alf3)、磷酸锰[mn3(po4)2]等作为三元层状过渡金属氧化物的包覆材料。这些材料虽然可以很好地保护正极材料不被电解液腐蚀，但它们大多不导电，这在一定程度上影响了li+在正极材料表面的传输，从而影响可电池的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高稳定性导电包覆层包覆高功率长循环的三元正极材料，可以有效减少正极材料表面与电解液发生副反应，大大提升了电池的循环性能。同时，与传统无机金属氧化物，氟化物和磷酸物等相比，本发明涉及的包覆层拥有良好的导电性，包覆可以很好地促进li+的传输，提高锂离子电池的倍率性能。

2、本发明提供的三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、将钛源、锆源和锂源加入到水中，经溶解得到包覆层溶液；

4、s2、将所述包覆层溶液通过超声雾化得到微米级别液滴，然后通过高温管式炉，得到包覆层粉末；

5、s3、所述包覆层粉末经球磨后与三元正极材料混合，然后经烧结即得。

6、上述的制备方法中，步骤s1中，所述钛源为钛的有机化合物，所述锆源为锆的无机盐，所述锂源为锂的磷酸化合物；

7、所述锂源、所述钛源与所述锆源的摩尔比为1:0.5-1.5:1.5-0.5。

8、本发明三元正极材料中的包覆层为锂锆钛的磷酸盐，拥有良好的物理化学稳定性。

9、上述的制备方法中，步骤s1中，经超声溶解得到所述包覆层溶液，所述超声的条件如下：

10、超声频率为50-100hz，超声时间为1-4h。

11、上述的制备方法中，步骤s2中，所述超声雾化的条件如下：

12、超声频率为1.5-2mhz；

13、以压缩空气作为载体使所述微米级别液滴通过所述高温管式炉；

14、所述压缩空气的气体流量为25-40l/min；

15、所述高温管式炉的温度为800-950℃。

16、上述的制备方法中，步骤s3中，采用氧化锆球进行球磨，转速为500-800rpm，球磨时间2-4h，球料比为1:1-3:1；

17、球磨后所述包覆层粉末的粒径为：0.3≤d50≤0.5um。

18、上述的制备方法中，步骤s3中，采用氧化铝球混合所述包覆层粉末与所述三元正极材料混合，球料比1:1-3:1，混合时间为3-5h。

19、上述的制备方法中，步骤s3中，所述三元正极材料的化学式为linixcoymnzo2，0.3<x<1，0<y<0.4，0<z<1，x+y+z＝1。

20、上述的制备方法中，步骤s3中，所述烧结的条件如下：

21、气氛为压缩空气或氧气，烧结温度为500-700℃，烧结时间为3-8h。

22、本发明提供的三元正极材料的包覆层为锂锆钛的磷酸盐，由于包覆层拥有良好的物理化学稳定性，可以有效提高材料表面的物理化学稳定性，有效减少电解液与正极材料副反应的发生。同时通过超声雾化得到微米级别的包覆液滴，可以更为大大缩短后续的反应时间，提升产能。通过本发明方法制备出的三元正极材料，在拥有良好克容量发挥的同时，还有优异的循环性能。并且本发明三元正极材料的包覆层是良好的锂离子导体，可以促进锂离子的扩散，提升材料的功率性能。

技术特征：

1.一种三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述钛源为钛的有机化合物，所述锆源为锆的无机盐，所述锂源为锂的磷酸化合物；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，经超声溶解得到所述包覆层溶液，所述超声的条件如下：

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述超声雾化的条件如下：

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中，采用氧化锆球进行球磨，转速为500-800rpm，球磨时间2-4h，球料比为1:1-3:1；

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中，采用氧化铝球混合所述包覆层粉末与所述三元正极材料混合，球料比为1:1-3:1，混合时间为3-5h。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中，所述三元正极材料的化学式为linixcoymnzo2，0.3<x<1，0<y<0.4，0<z<1，x+y+z＝1。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中，所述烧结的条件如下：

9.权利要求1-8中任一项所述方法制备的三元正极材料。

技术总结
本发明公开了一种三元正极材料及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：S1、将钛源、锆源和锂源加入到水中，经溶解得到包覆层溶液；S2、将包覆层溶液通过超声雾化得到微米级别液滴，然后通过高温管式炉，得到包覆层粉末；S3、所述包覆层粉末经球磨后与三元正极材料混合，然后经烧结即得。本发明三元正极材料的包覆层为锂锆钛的磷酸盐，由于包覆层拥有良好的物理化学稳定性，可以有效提高材料表面的物理化学稳定性，有效减少电解液与正极材料副反应的发生。通过本发明方法制备出的三元正极材料，在拥有良好克容量发挥的同时，还有优异的循环性能。并且本发明三元正极材料的包覆层是良好的锂离子导体，可以促进锂离子的扩散，提升材料的功率性能。

技术研发人员：胡渊,王庆莉,冯长运,王宇航,张培芸
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/16