一種提高鋰離子電池高鎳三元正極材料電化學性能的方法與流程

2023-12-03 08:27:11

本發明涉及一種提高鋰離子電池高鎳三元正極材料電化學性能的方法，特別涉及一種對高鎳三元正極材料表面進行磷酸鋰包覆的製作方法，屬於鋰離子正極材料製備領域。

背景技術：

近年來，新能源電動汽車動力電池長續航裡程的要求、電子數碼產品的快速更新換代，現在使用的鋰電池如磷酸鐵鋰等已經不能滿足需求，開發更高性能的鋰離子電池迫在眉睫。因此，提高鋰離子電池正負極材料電化學性能至關重要。

高鎳三元正極材料受到廣泛關注，因為鎳鈷錳三元正極材料隨著鎳含量的提高，材料表現出更高的比容量，但是鎳含量並不是越高越好，鎳含量的提高導致三元材料的倍率特性、儲存性能變差。高鎳三元材料容易吸水，和空氣中co2、h2o發生不可逆反應，對儲存條件要求較高；高鎳三元材料首次充放電可逆容量損失較大，充放電過程中鎳離子在電解液中的溶解使充放電比容量逐漸下降，尤其在高倍率下容量衰減迅速，倍率特性下降。

研究人員多採用al2o3、tio2、zno、alf3等對三元材料進行表面塗層以提高材料循環性能、倍率性能，其採用工藝往往比較複雜，其塗層對電極材料性能的影響高度依賴所用塗層本身的性能。

技術實現要素：

本發明的目的是為了改善鋰離子電池高鎳三元正極材料的電化學性能，提高材料的比容量及倍率特性，提供一種提高鋰離子電池高鎳三元正極材料電化學性能的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種提高鋰離子電池高鎳三元正極材料電化學性能的方法，具體步驟如下：

步驟一、將磷酸鹽溶於去離子水中，配置成磷酸鹽溶液；

步驟二、將鋰離子電池高鎳三元前驅體放於容器中，再加入步驟一的磷酸鹽溶液，通過磁力攪拌，使前驅體在溶液中均勻分散，得到表面有磷酸鹽包覆層的高鎳三元前驅體；所示高鎳三元前驅與磷酸鹽溶液中的溶質的質量比為1:0.01-0.05。

步驟三、將步驟二所得表面有磷酸鹽包覆層的高鎳三元前驅體在真空乾燥箱內以60-100℃溫度乾燥2-5小時，得到表面具有磷酸鹽包覆層的前驅體；

步驟四、將步驟三得到表面具有磷酸鹽包覆層的前驅體與鋰源混合均勻；然後在氧氣氣氛下加熱至450～850℃溫度，並在此溫度下煅燒10-15h，得到高鎳三元電極材料，電極材料表面生成li3po4；前驅體與鋰源摩爾比為1:1.02～1.08。

步驟一所述的磷酸鹽包括磷酸二氫銨、磷酸氫二銨或磷酸銨。

步驟一所述配置成磷酸鹽溶液的濃度為20-100mg/l。

步驟二所述高鎳材料為linixcoymn1-x-yo2，其中：0.5≦x≦1.

步驟二所述磁力攪拌速度為5-20rpm。

有益效果

1、本發明通過配置一定濃度的磷酸鹽溶液提供磷酸根離子，在液相環境下進行，有利於磷酸根與高鎳三元材料充分接觸，保證高鎳三元材料顆粒表面磷酸鹽包覆層的均勻。

2、本發明將包覆有磷酸根離子的高鎳三元前驅體與鋰源混合，在一步煅燒過程中得到磷酸鋰包覆的高鎳三元材料，方法簡單，重複性好。

3、本工作通過對高鎳三元材料進行表面包覆，可以避免活性材料與電解液的直接接觸，減少電極材料與電解液副反應的發生和活性物質在電解液中的溶解。

4、本工作採用在高鎳三元材料表面生成快離子導體包覆層，可以促進離子傳輸，改善高鎳三元材料電化學性能(比容量、倍率性能)，增強電極材料的穩定性。

附圖說明

圖1為實例1鋰離子電池高鎳三元正極材料ni0.6co0.2mn0.2(oh)2包覆不同量磷酸二氫銨之後材料的xrd圖譜；

圖2為實例1鋰離子電池高鎳三元正極材料ni0.6co0.2mn0.2(oh)2包覆不同量磷酸二氫銨之後材料的xrd圖譜20-26度區間放大圖；

圖3位實例1鋰離子電池高鎳三元正極材料ni0.6co0.2mn0.2(oh)2包覆2％質量磷酸二氫銨之後在不同倍率下放電比容量示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明做詳細說明。

實施例1：

一種提高鋰離子電池高鎳三元正極材料電化學性能的改性方法，具體步驟為

1)將0.1g磷酸二氫銨溶於去離子水中，常溫下攪拌溶解，磷酸二氫銨濃度為50mg/l；

2)將0.5gni0.6co0.2mn0.2(oh)2前驅體分別放於兩個容器中，再分別加入0.5ml、1.5ml步驟1)的溶液，在磁力攪拌下直至溶液蒸乾，得到表面具有磷酸二氫銨包覆層的ni0.6co0.2mn0.2(oh)2前驅體，攪拌速度約10rpm；

3)將2)所得具有磷酸二氫銨包覆層的ni0.6co0.2mn0.2(oh)2前驅體在真空乾燥箱內80℃乾燥3小時；

4)將3)乾燥之後的具有磷酸二氫銨包覆層的ni0.6co0.2mn0.2(oh)2材料，按照前驅體與鋰源摩爾比為1:1.06進行混合，在氧氣氣氛下加熱至800℃，在此溫度下煅燒12h，得到lini0.6co0.2mn0.2o2三元電極材料，同時電極材料表面生成li3po4，其xrd圖譜如圖1、圖2所示；

5)通過塗布、乾燥將電極材料組裝成紐扣電池，進行恆流充放電測試，與未包覆磷酸鋰的lini0.6co0.2mn0.2o2材料相比，經過磷酸鋰包覆處理的材料比容量、倍率特性均得到提升。如圖3所示，1c、5c、10c下容量分別提升7.2mah/g、6.7mah/g、24.9mah/g，循環100周之後容量保持率分別96.09％、94.36％、67.55％。

實施例2：

一種提高鋰離子電池高鎳三元正極材料電化學性能的改性方法，具體步驟為

1)將0.1g磷酸氫二銨溶於去離子水中，常溫下攪拌溶解，磷酸氫二胺濃度為80mg/l；

2)將0.5gni0.8co0.1mn0.1(oh)2前驅體分別放於兩個容器中，再分別加入0.4ml、1.0ml步驟1)的溶液，在磁力攪拌下直至溶液蒸乾，得到表面具有磷酸氫二銨包覆層的ni0.8co0.1mn0.1(oh)2前驅體，攪拌速度約10rpm；

3)將2)所得具有磷酸氫二銨包覆層的ni0.8co0.1mn0.1(oh)2前驅體在真空乾燥箱內80℃乾燥3小時；

4)將3)乾燥之後的具有磷酸氫二銨包覆層的ni0.8co0.1mn0.1(oh)2前驅體，按照前驅體與鋰源摩爾比為1:1.06進行混合，在氧氣氣氛下加熱至750℃，在此溫度下煅燒12h，得到lini0.8co0.1mn0.1o2電極材料，同時電極材料表面生成li3po4；

5)通過塗布、乾燥組裝成紐扣電池，進行恆流充放電測試，與未包覆磷酸鋰的lini0.8co0.1mn0.1o2電極材料相比，經過磷酸鋰包覆處理的材料比容量、倍率特性均得到提升。