CN108807946B - 具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；将混合物进行熔炼和雾化，形成合金粉；对合金粉进行第一次球磨、第一次热处理以及第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；使用经过第二次球磨的合金粉II分别配置具有不同浓度的静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成锂电池正极材料。本发明的制备方法制得的锂电池正极材料具有典型的核壳结构，各层电极材料之间能够产生有效的电荷耦合作用，从而提高材料整体的充放电容量。同时本发明的制备方法操作相对简单，容易实现量产工业化。

Description

具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法
技术领域
本发明是关于新能源材料领域，特别是关于一种具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种可充放电的二次电池，在充放电过程中，Li在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。充电过程，Li从正极脱嵌，经过电解质与负极作用，负极处于富锂状态.放电时则相反过程。锂离子电池在结构上主要有五大块：正极、负极、电解液、隔膜、外壳与集流体：(1)正极：活性物质大多为锰酸锂或者钴酸锂，近年来出现了磷酸铁锂和镍钴锰酸锂材料.导电集流体多为10—20微米厚的电解铝箔；(2)隔膜：一种高分子复合膜，是电子的绝缘体，但具有锂离子透过性；(3)负极：活性物质大多为石墨，或近似石墨结构的碳.导电集流体为7—15微米厚的电解铜箔；(4)有机电解液：六氟磷酸锂溶于碳酸酯粪的溶液，聚合物锂离子电池则使用凝胶状电解液；(5)电池外壳：分为钢壳、铝壳、各种铝塑膜款包装电池等。然而，当前锂离子电池的性能瓶颈因素主要集中在锂离子电池正极材料，正极材料研究是目前电化学领域研究的重点之一。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法，其能够提高材料整体的充放电容量。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；将混合物进行真空熔炼，得到合金锭；将合金锭放入离心雾化装置的坩埚中，并在空气气氛下使合金锭熔融；将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上，得到合金粉；对合金粉进行第一次球磨，得到经过第一次球磨的合金粉；对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理，得到合金粉II；对合金粉II进行第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；将PVA粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PVA粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第三重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第四重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二外层静电纺丝液；利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层；以及利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层。
在一优选的实施方式中，在混合物中，金属Co、金属Ni、金属Li以及金属Mn的物质的量之比为(0.3-0.4)：(0.3-0.4)：(0.9-1.2)：(0.4-0.5)，其中，在混合粉中，炭黑粉的含量为3-8wt％。
在一优选的实施方式中，在将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上时，转盘转速为4000-6000r/min。
在一优选的实施方式中，对合金粉进行第一次球磨的参数为：球磨气氛为空气气氛，球磨时间为25-35h，球磨速度为1000-1500r/min，球料比为20:1-30:1。
在一优选的实施方式中，对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理的参数为：热处理气氛为空气气氛，热处理温度为600-800℃，热处理时间为2-5h。
在一优选的实施方式中，对合金粉II进行第二次球磨的参数为：球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为10-20h，球磨速度为500-800r/min，球料比为10:1-20:1。
在一优选的实施方式中，其中，在第一内层静电纺丝液中，PVA的浓度为10-20wt％，第一重量百分数为5-10wt％；在第一外层静电纺丝液中，PVA的浓度为10-15wt％，第二重量百分数为10-15wt％；在第二内层静电纺丝液中，PAN的浓度为10-20wt％，第三重量百分数为15-20wt％；在第二外层静电纺丝液中，PAN的浓度为10-20wt％，第四重量百分数为25-30wt％。
在一优选的实施方式中，利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为20-35kV，外层注射器推进速度为3-5mL/h，内层注射器推进速度为2-4mL/h，注射器距离接收板的距离为10-15cm。
在一优选的实施方式中，利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为35-45kV，外层注射器推进速度为4-6mL/h，内层注射器推进速度为2-4mL/h，注射器距离接收板的距离为10-15cm。
与现有技术相比，本发明的具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法具有如下优点：为了解决日益严峻的环境问题以及能源供给问题，我国正在大力推进替代能源产业的建设。相比于其它替代能源技术，锂离子电池技术发展较早，配套技术成熟，并且锂离子电池早已实现了产业化生产，所以锂离子电池是一种真正能够替代传统能源的新型能源。为了提升锂离子电池的使用范围，需要制备微小结构以及柔软的锂离子电池正极材料，当前虽然一些现有技术提出了柔性基板上的锂离子电池正极，但是这些材料充电容量较小，不能满足本领域对于锂离子电池的性能需求。为了解决现有技术的问题，本发明提出了一种具有核壳结构的静电纺丝锂离子电池正极材料，本发明的制备方法制得的锂电池正极材料具有典型的核壳结构，各层电极材料之间能够产生有效的电荷耦合作用，从而提高材料整体的充放电容量。同时本发明的制备方法相对简单，容易实现量产工业化。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。需要注意的是，本发明所使用的同轴纺丝装置是本领域公知的装置。
如图1所示，本发明的具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤101：混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；
步骤102：将混合物进行真空熔炼，得到合金锭；
步骤103：将合金锭放入离心雾化装置的坩埚中，并在空气气氛下使合金锭熔融；
步骤104：将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上，得到合金粉；
步骤105：对合金粉进行第一次球磨，得到经过第一次球磨的合金粉；
步骤106：对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理，得到合金粉II；
步骤107：对合金粉II进行第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；
步骤108：将PVA粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PVA粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第三重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第四重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二外层静电纺丝液；
步骤109：利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层；以及
步骤110：利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层。
实施例1
本发明的具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法制备方法包括如下步骤：混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；将混合物进行真空熔炼，得到合金锭；将合金锭放入离心雾化装置的坩埚中，并在空气气氛下使合金锭熔融；将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上，得到合金粉；对合金粉进行第一次球磨，得到经过第一次球磨的合金粉；对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理，得到合金粉II；对合金粉II进行第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；将PVA粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PVA粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第三重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第四重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二外层静电纺丝液；利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层；利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层。在混合物中，金属Co、金属Ni、金属Li以及金属Mn的物质的量之比为0.3：0.3：0.9：0.4，其中，在混合粉中，炭黑粉的含量为3wt％。在将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上时，转盘转速为4000r/min。对合金粉进行第一次球磨的参数为：球磨气氛为空气气氛，球磨时间为25h，球磨速度为1000r/min，球料比为20:1。对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理的参数为：热处理气氛为空气气氛，热处理温度为600℃，热处理时间为2h。对合金粉II进行第二次球磨的参数为：球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为10h，球磨速度为500r/min，球料比为10:1。其中，在第一内层静电纺丝液中，PVA的浓度为10wt％，第一重量百分数为5wt％；在第一外层静电纺丝液中，PVA的浓度为10wt％，第二重量百分数为10wt％；在第二内层静电纺丝液中，PAN的浓度为10wt％，第三重量百分数为15wt％；在第二外层静电纺丝液中，PAN的浓度为10wt％，第四重量百分数为25wt％。利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为20kV，外层注射器推进速度为3mL/h，内层注射器推进速度为2mL/h，注射器距离接收板的距离为10cm。利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为35kV，外层注射器推进速度为4mL/h，内层注射器推进速度为2mL/h，注射器距离接收板的距离为10cm。
实施例2
本发明的具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法制备方法包括如下步骤：混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；将混合物进行真空熔炼，得到合金锭；将合金锭放入离心雾化装置的坩埚中，并在空气气氛下使合金锭熔融；将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上，得到合金粉；对合金粉进行第一次球磨，得到经过第一次球磨的合金粉；对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理，得到合金粉II；对合金粉II进行第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；将PVA粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PVA粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第三重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第四重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二外层静电纺丝液；利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层；利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层。在混合物中，金属Co、金属Ni、金属Li以及金属Mn的物质的量之比为0.4：0.4：1.2：0.5，其中，在混合粉中，炭黑粉的含量为8wt％。在将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上时，转盘转速为6000r/min。对合金粉进行第一次球磨的参数为：球磨气氛为空气气氛，球磨时间为35h，球磨速度为1500r/min，球料比为30:1。对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理的参数为：热处理气氛为空气气氛，热处理温度为800℃，热处理时间为5h。对合金粉II进行第二次球磨的参数为：球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为20h，球磨速度为800r/min，球料比为20:1。其中，在第一内层静电纺丝液中，PVA的浓度为20wt％，第一重量百分数为10wt％；在第一外层静电纺丝液中，PVA的浓度为15wt％，第二重量百分数为15wt％；在第二内层静电纺丝液中，PAN的浓度为20wt％，第三重量百分数为20wt％；在第二外层静电纺丝液中，PAN的浓度为20wt％，第四重量百分数为30wt％。利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为35kV，外层注射器推进速度为5mL/h，内层注射器推进速度为4mL/h，注射器距离接收板的距离为15cm。利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为45kV，外层注射器推进速度为6mL/h，内层注射器推进速度为4mL/h，注射器距离接收板的距离为15cm。
实施例3
本发明的具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法制备方法包括如下步骤：混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；将混合物进行真空熔炼，得到合金锭；将合金锭放入离心雾化装置的坩埚中，并在空气气氛下使合金锭熔融；将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上，得到合金粉；对合金粉进行第一次球磨，得到经过第一次球磨的合金粉；对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理，得到合金粉II；对合金粉II进行第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；将PVA粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PVA粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第三重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第四重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二外层静电纺丝液；利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层；利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层。在混合物中，金属Co、金属Ni、金属Li以及金属Mn的物质的量之比为0.32：0.32：1：0.42，其中，在混合粉中，炭黑粉的含量为4wt％。在将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上时，转盘转速为4500r/min。对合金粉进行第一次球磨的参数为：球磨气氛为空气气氛，球磨时间为28h，球磨速度为1100r/min，球料比为22:1。对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理的参数为：热处理气氛为空气气氛，热处理温度为650℃，热处理时间为3h。对合金粉II进行第二次球磨的参数为：球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为12h，球磨速度为550r/min，球料比为12:1。其中，在第一内层静电纺丝液中，PVA的浓度为12wt％，第一重量百分数为6wt％；在第一外层静电纺丝液中，PVA的浓度为11wt％，第二重量百分数为11wt％；在第二内层静电纺丝液中，PAN的浓度为12wt％，第三重量百分数为16wt％；在第二外层静电纺丝液中，PAN的浓度为12wt％，第四重量百分数为26wt％。利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为25kV，外层注射器推进速度为3.5mL/h，内层注射器推进速度为2.5mL/h，注射器距离接收板的距离为11cm。利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为38kV，外层注射器推进速度为4.5mL/h，内层注射器推进速度为2.5mL/h，注射器距离接收板的距离为11cm。
实施例4
本发明的具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法制备方法包括如下步骤：混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；将混合物进行真空熔炼，得到合金锭；将合金锭放入离心雾化装置的坩埚中，并在空气气氛下使合金锭熔融；将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上，得到合金粉；对合金粉进行第一次球磨，得到经过第一次球磨的合金粉；对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理，得到合金粉II；对合金粉II进行第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；将PVA粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PVA粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第三重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第四重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二外层静电纺丝液；利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层；利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层。在混合物中，金属Co、金属Ni、金属Li以及金属Mn的物质的量之比为0.35：0.35：1.1：0.45，其中，在混合粉中，炭黑粉的含量为6wt％。在将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上时，转盘转速为5000r/min。对合金粉进行第一次球磨的参数为：球磨气氛为空气气氛，球磨时间为30h，球磨速度为1200r/min，球料比为25:1。对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理的参数为：热处理气氛为空气气氛，热处理温度为700℃，热处理时间为4h。对合金粉II进行第二次球磨的参数为：球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为15h，球磨速度为650r/min，球料比为15:1。其中，在第一内层静电纺丝液中，PVA的浓度为15wt％，第一重量百分数为7wt％；在第一外层静电纺丝液中，PVA的浓度为12wt％，第二重量百分数为12wt％；在第二内层静电纺丝液中，PAN的浓度为15wt％，第三重量百分数为17wt％；在第二外层静电纺丝液中，PAN的浓度为15wt％，第四重量百分数为27wt％。利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为30kV，外层注射器推进速度为4mL/h，内层注射器推进速度为3mL/h，注射器距离接收板的距离为12cm。利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为40kV，外层注射器推进速度为5mL/h，内层注射器推进速度为3mL/h，注射器距离接收板的距离为12cm。
实施例5
本发明的具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法制备方法包括如下步骤：混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；将混合物进行真空熔炼，得到合金锭；将合金锭放入离心雾化装置的坩埚中，并在空气气氛下使合金锭熔融；将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上，得到合金粉；对合金粉进行第一次球磨，得到经过第一次球磨的合金粉；对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理，得到合金粉II；对合金粉II进行第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；将PVA粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PVA粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第三重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第四重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二外层静电纺丝液；利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层；利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层。在混合物中，金属Co、金属Ni、金属Li以及金属Mn的物质的量之比为0.38：0.38：1.1：0.48，其中，在混合粉中，炭黑粉的含量为7wt％。在将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上时，转盘转速为5500r/min。对合金粉进行第一次球磨的参数为：球磨气氛为空气气氛，球磨时间为32h，球磨速度为1400r/min，球料比为28:1。对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理的参数为：热处理气氛为空气气氛，热处理温度为750℃，热处理时间为4h。对合金粉II进行第二次球磨的参数为：球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为18h，球磨速度为700r/min，球料比为18:1。其中，在第一内层静电纺丝液中，PVA的浓度为18wt％，第一重量百分数为8wt％；在第一外层静电纺丝液中，PVA的浓度为14wt％，第二重量百分数为14wt％；在第二内层静电纺丝液中，PAN的浓度为18wt％，第三重量百分数为18wt％；在第二外层静电纺丝液中，PAN的浓度为18wt％，第四重量百分数为28wt％。利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为32kV，外层注射器推进速度为4.5mL/h，内层注射器推进速度为3.5mL/h，注射器距离接收板的距离为14cm。利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为42kV，外层注射器推进速度为5.5mL/h，内层注射器推进速度为3.5mL/h，注射器距离接收板的距离为14cm。
以下介绍本发明的对比例，显而易见的是，对比例采用简写的形式，其中仅记载了与实施例1不同的参数与步骤，其余参数与步骤默认与实施例1相同。
对比例1
不对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理。
对比例2
不使用离心雾化方法，直接将合金锭破碎并进行第一次球磨。
对比例3
将PAN粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液。
对比例4
在混合物中，金属Co、金属Ni、金属Li以及金属Mn的物质的量之比为0.5：0.1：1：0.3，其中，在混合粉中，炭黑粉的含量为10wt％。
对比例5
对合金粉进行第一次球磨的参数为：球磨气氛为空气气氛，球磨时间为40h，球磨速度为900r/min，球料比为15:1。
对比例6
对经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理的参数为：热处理气氛为空气气氛，热处理温度为1000℃，热处理时间为1h。
对比例7
对合金粉II进行第二次球磨的参数为：球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为25h，球磨速度为1000r/min，球料比为25:1。
对比例8
第一重量百分数为25wt％；第二重量百分数为20wt％；第三重量百分数为10wt％；第四重量百分数为5wt％。
对比例9
第一重量百分数为15wt％；第二重量百分数为15wt％；第三重量百分数为15wt％；第四重量百分数为15wt％。
对比例10
利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为15kV，外层注射器推进速度为4mL/h，内层注射器推进速度为3mL/h，注射器距离接收板的距离为20cm。
对比例11
利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为30kV，外层注射器推进速度为6mL/h，内层注射器推进速度为1mL/h，注射器距离接收板的距离为13cm。
对比例12
利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为40kV，外层注射器推进速度为3mL/h，内层注射器推进速度为5mL/h，注射器距离接收板的距离为13cm。
对比例13
利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为30kV，外层注射器推进速度为5mL/h，内层注射器推进速度为3mL/h，注射器距离接收板的距离为20cm。
首先提供足量的根据本发明实施例1-5以及对比例1-13制备的纤维材料，使用本领域公知的方式将纤维材料压片为电极材料，然后使用本领域公知的方法将电极材料组装为电池，然后测试首次充电容量，100次循环之后的充电容量(单位均为毫安时每克)。结果见表1。
表1
首次充电容量 循环之后的充电容量
实施例1 65.1 54.5
实施例2 70.4 58.9
实施例3 65.2 54.4
实施例4 68.1 56.8
实施例5 67.8 56.5
对比例1 53.1 42.2
对比例2 48.9 42.7
对比例3 51.2 41.6
对比例4 46.7 37.9
对比例5 54.6 46.5
对比例6 48.1 42.0
对比例7 51.7 44.0
对比例8 49.5 43.2
对比例9 50.2 43.8
对比例10 48.9 41.7
对比例11 52.5 43.7
对比例12 46.2 38.5
对比例13 44.3 36.9
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种具有多层核壳结构的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
混合金属Co、金属Ni、金属Li、金属Mn以及炭黑粉，得到混合物；
将所述混合物进行真空熔炼，得到合金锭；
将所述合金锭放入离心雾化装置的坩埚中，并在空气气氛下使所述合金锭熔融；
将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上，得到合金粉；
对所述合金粉进行第一次球磨，得到经过第一次球磨的合金粉；
对所述经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理，得到合金粉II；
对所述合金粉II进行第二次球磨，得到经过第二次球磨的合金粉II；
将PVA粉末以及具有第一重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一内层静电纺丝液；将PVA粉末以及具有第二重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第一外层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第三重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二内层静电纺丝液；将PAN粉末以及具有第四重量百分数的经过第二次球磨的合金粉II溶于DMF中，得到第二外层静电纺丝液；
利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层；以及
利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在所述具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层。
2.如权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：在所述混合物中，所述金属Co、金属Ni、金属Li以及金属Mn的物质的量之比为(0.3-0.4)：(0.3-0.4)：(0.9-1.2)：(0.4-0.5)，其中，在所述混合物中，所述炭黑粉的含量为3-8wt％。
3.如权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：在将熔融的合金锭从离心雾化装置的喷嘴中喷射到离心雾化装置的转盘上时，所述转盘转速为4000-6000r/min。
4.如权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：对所述合金粉进行第一次球磨的参数为：球磨气氛为空气气氛，球磨时间为25-35h，球磨速度为1000-1500r/min，球料比为20:1-30:1。
5.如权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：对所述经过第一次球磨的合金粉进行第一次热处理的参数为：热处理气氛为空气气氛，热处理温度为600-800℃，热处理时间为2-5h。
6.如权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：对所述合金粉II进行第二次球磨的参数为：球磨气氛为氩气气氛，球磨时间为10-20h，球磨速度为500-800r/min，球料比为10:1-20:1。
7.如权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：其中，在所述第一内层静电纺丝液中，PVA的浓度为10-20wt％，所述第一重量百分数为5-10wt％；在所述第一外层静电纺丝液中，PVA的浓度为10-15wt％，所述第二重量百分数为10-15wt％；在所述第二内层静电纺丝液中，PAN的浓度为10-20wt％，所述第三重量百分数为15-20wt％；在所述第二外层静电纺丝液中，PAN的浓度为10-20wt％，所述第四重量百分数为25-30wt％。
8.如权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：利用第一内层静电纺丝液以及第一外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，形成具有核壳结构的第一锂电池正极层的参数为：纺丝电压为20-35kV，外层注射器推进速度为3-5mL/h，内层注射器推进速度为2-4mL/h，注射器距离接收板的距离为10-15cm。
9.如权利要求1所述的锂电池正极材料的制备方法，其特征在于：利用第二内层静电纺丝液以及第二外层静电纺丝液，通过同轴静电纺丝法，在所述具有核壳结构的第一锂电池正极层上形成具有核壳结构的第二锂电池正极层的参数为：纺丝电压为35-45kV，外层注射器推进速度为4-6mL/h，内层注射器推进速度为2-4mL/h，注射器距离接收板的距离为10-15cm。
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