一种包覆改性三元正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种包覆改性三元正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池具有工作电压高、比能量密度大、循环寿命长以及环境污染小等优点，其已经被广泛应用到各类电子消费品和动力电池领域。而减少尺寸、减轻重量并延长锂离子电池的使用寿命是当今电子产品行业的发展趋势与要求，因此，开发高能量密度的轻量化二次电池是行业发展的迫切需求。

2、提升锂离子电池能量密度的手段包括：采用更高能量密度正负极材料体系、提升充电截止电压以及提高正负极压实密度。其中，提升充电截止电压的思路开启了高电压正极材料的研发制备，目前主要通过在材料表面进行添加剂的掺杂或包覆改性制备高电压正极材料，但现有包覆改性正极材料的不仅包覆效果差，而且电子导电性和离子导电性不佳，会阻碍锂在脱嵌过程中的扩散，从而降低锂电倍率性能。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有包覆改性正极材料的包覆效果以及导电性差的缺陷，从而提供解决上述问题的一种包覆改性三元正极材料及其制备方法和应用。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种包覆改性三元正极材料的制备方法，包括：

4、将镍钴锰氢氧化物前驱体与锂源混合并依次进行预煅烧处理和一次煅烧处理得到一烧品；

5、获取介孔al2o3材料和wo3量子点粉末；

6、将一烧品与介孔al2o3材料、wo3量子点粉末混合得到混合料，进行二次煅烧处理得到包覆改性三元正极材料。

7、优选的，所述镍钴锰氢氧化物前驱体的化学式为nixcoymn1-x-y(oh)2，其中0.5<x≤1，0<y≤0.5，x+y＜1；

8、和/或，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂中的至少一种；

9、和/或，所述镍钴锰氢氧化物前驱体的比表面积为8-20m2/g；

10、和/或，所述镍钴锰氢氧化物前驱体的振实密度为1.0-2.0g/cm3；

11、和/或，所述镍钴锰氢氧化物前驱体的中值粒径d50为3-7μm。

12、优选的，所述锂源中锂元素与镍钴锰氢氧化物前驱体中金属元素的摩尔比为(0.9-1.2)：1；

13、和/或，所述混合料中，al掺杂量为1000-4000ppm，w掺杂量是al掺杂量的1-2倍。

14、优选的，所述预煅烧处理的温度为650-850℃，所述预煅烧处理的时长为4-8h；

15、和/或，所述一次煅烧处理的温度为800-950℃，所述一次煅烧处理的时长为8-12h；

16、和/或，所述二次煅烧处理的温度为250-650℃，所述二次煅烧处理的时长为4-6h；

17、和/或，所述预煅烧处理、一次煅烧处理和二次煅烧处理在空气或氧气氛围下进行；

18、和/或，所述一次煅烧处理和二次煅烧处理后还进行冷却、粉碎、过筛。

19、优选的，所述介孔al2o3材料的获取过程为：将尿素、十六烷基三甲基溴化铵溶于氨水中，加入硝酸铝溶液进行水热合成反应，再进行陈化处理、固液分离、干燥处理得到介孔al2o3材料。

20、优选的，所述氨水的浓度为2-4mol/l；

21、和/或，所述硝酸铝溶液的浓度为0.1-0.5mol/l；

22、和/或，所述尿素、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：(0.2-5)；

23、和/或，以尿素、十六烷基三甲基溴化铵的总质量为1g计，所述氨水的用量为2.5-25ml；

24、和/或，以尿素、十六烷基三甲基溴化铵的总质量为1g计，所述硝酸铝溶液的用量为2.5-25ml；

25、和/或，所述水热合成反应的温度为65-95℃，所述水热合成反应的时长为3-5h；

26、和/或，所述陈化处理的温度为25-50℃，所述陈化处理的时长为2-4h；

27、和/或，所述干燥处理的温度为50-65℃，所述干燥处理的时长为3-5h。

28、优选的，所述wo3量子点粉末的获取过程为：将二硫化钨分散于溶剂中得到分散液，向分散液中加入双氧水得到混合液，将混合液转移至反应釜中进行水热反应，然后进行固液分离获取滤液，最后对滤液进行透析、冻干得到wo3量子点粉末。

29、优选的，所述溶剂为无水乙醇；

30、和/或，以二硫化钨的质量为1g计，所述溶剂的用量为20-200ml；

31、和/或，以二硫化钨的质量为1g计，所述双氧水的用量为4-60ml；

32、和/或，所述水热反应的温度为40-80℃，所述水热反应的时长为3-8h；

33、和/或，所述固液分离采用孔径0.22μm的滤膜进行真空抽滤；

34、和/或，所述透析采用截留分子量为1000d的透析袋，所述透析的时长为2-3d；

35、和/或，所述冻干的温度为-40℃-0℃，所述冻干的气压为20pa。

36、本发明还提供一种包覆改性三元正极材料，其由上述的包覆改性三元正极材料的制备方法制备得到。

37、本发明还提供上述的包覆改性三元正极材料在锂离子电池中的应用。

38、在本发明中，所述预煅烧处理、一次煅烧处理和二次煅烧处理的升温速度为2-5℃/min。

39、本发明技术方案，具有如下优点：

40、1.一种包覆改性三元正极材料的制备方法，包括：将镍钴锰氢氧化物前驱体与锂源混合并依次进行预煅烧处理和一次煅烧处理得到一烧品；获取介孔al2o3材料和wo3量子点粉末；将一烧品与介孔al2o3材料、wo3量子点粉末混合得到混合料，进行二次煅烧处理得到包覆改性三元正极材料。本发明在三元材料基体表面同时包覆wo3量子点粉末和介孔al2o3材料，二者均属于纳米材料，不仅可使包覆效果更致密且更薄，而且介孔al2o3材料可对wo3量子点粉末进行吸附，在高温环境下对wo3量子点粉末进行释放从而使wo3分布更加均匀；

41、另外，介孔al2o3材料的多孔结构能有效减少电解液与正极材料的直接接触，减少正极材料的溶解；量子点态的wo3比体相wo3具有更高的电子导电率和离子导电率，不仅在三元材料基体的表面实现包覆，同时也能在三元材料基体粒子间隙进行填充，从而进一步三元正极材料的电导率，减缓正极材料的容量衰减，极大提升正极材料的循环寿命。

42、2.在本发明的一种包覆改性三元正极材料的制备方法中，本发明对正极材料进行包覆处理，使得只有li+才能够自由通过包覆层，而电解质不能通过该包覆层，这样可以减少正极金属的溶解，抵抗电解液的侵蚀，从而降低材料的容量衰减，同时提高三元正极材料的电导率和倍率性能。

技术特征：

1.一种包覆改性三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍钴锰氢氧化物前驱体的化学式为nixcoymn1-x-y(oh)2，其中0.5<x≤1，0<y≤0.5，x+y＜1；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锂源中锂元素与镍钴锰氢氧化物前驱体中金属元素的摩尔比为(0.9-1.2)：1；

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述预煅烧处理的温度为650-850℃，所述预煅烧处理的时长为4-8h；

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述介孔al2o3材料的获取过程为：将尿素、十六烷基三甲基溴化铵溶于氨水中，加入硝酸铝溶液进行水热合成反应，再进行陈化处理、固液分离、干燥处理得到介孔al2o3材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氨水的浓度为2-4mol/l；

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述wo3量子点粉末的获取过程为：将二硫化钨分散于溶剂中得到分散液，向分散液中加入双氧水得到混合液，将混合液转移至反应釜中进行水热反应，然后进行固液分离获取滤液，最后对滤液进行透析、冻干得到wo3量子点粉末。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为无水乙醇；

9.一种包覆改性三元正极材料，其特征在于，其由上述权利要求1-8任一项所述的包覆改性三元正极材料的制备方法制备得到。

10.权利要求9所述的包覆改性三元正极材料在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种包覆改性三元正极材料及其制备方法和应用。一种包覆改性三元正极材料的制备方法，包括：将镍钴锰氢氧化物前驱体与锂源混合并依次进行预煅烧处理和一次煅烧处理得到一烧品；获取介孔Al2O3材料和WO3量子点粉末；将一烧品与介孔Al2O3材料、WO3量子点粉末混合得到混合料，进行二次煅烧处理得到包覆改性三元正极材料。本发明在三元材料基体表面同时包覆WO3量子点粉末和介孔Al2O3材料，二者均属于纳米材料，不仅可使包覆效果更致密且更薄，而且介孔Al2O3材料可对WO3量子点粉末进行吸附，在高温环境下对WO3量子点粉末进行释放从而使WO3分布更加均匀。

技术研发人员：周凌霄,许开华,陈玉君,胡勃,梁林,张明龙,赵德
受保护的技术使用者：格林美（无锡）能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1