CN108807978A - 一种改性三元正极材料的制备方法 - Google Patents

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赵跃
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Abstract

本发明涉及一种改性三元正极材料的制备方法，所述正极材料为在三元正极材料上利用聚乙烯吡咯烷酮树脂进行包覆，在三元正极材料表面形成无定形碳包覆层，聚乙烯吡咯烷酮为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮，三元正极材料为LiNixCoyMnzO2，其中0.3≤x≤1，0≤y≤0.5，0≤z≤0.5，且x+y+z=1；具体包括如下步骤：将聚乙烯吡咯烷酮与三元正极材料混合在乙醇中，然后搅拌过滤，再加热炭化，最后冷却粉碎。本发明的优点在于：本发明将改性聚乙烯吡咯烷酮与三元正极材料经过处理，制得改性三元正极材料的首次效率比未改性材料提高13%；三元正极材料包覆样品不仅首次效率比未改性三元材料高，之后的循环效率也比未改性高将近60%，能有效改善三元正极材料循环稳定性差的缺陷。

Description

一种改性三元正极材料的制备方法
技术领域
本发明属于新能源电池材料领域，特别涉及一种改性三元正极材料的制备方法。
背景技术
规模化储能、电动工具、电动汽车、便携式电子设备等对锂离子电池的比能量、比功率、安全性和循环寿命等提出了越来越高的要求。虽然锂离子电池的性能受正负极材料、电解质、粘结剂和集流体、隔膜等众多因素的影响，但影响其电化学性能的关键在于组成电池的电解质和正负极材料的性能，正极材料是影响锂离子电池电化学性能的关键之一。
目前在锂离子电池三元正极材料中，将 Ni、Co 和 Mn三种过渡金属元素结合再制备出锂镍钴锰复合氧化物，此三元材料具有热稳定性好、高电位下比容量高和原料成本低等特点，被认为是最有发展前景的锂离子电池正极材料之一。
虽然锂镍钴锰复合氧化物三元正极材料具有上述诸多优点，但由于其Li+与Ni2+的离子半径较接近，容易出现 Li+与Ni2+的混排现象，使材料易发生析锂现象，在三元材料表面形成LiOH和Li2CO3等锂的化合物，使得材料的 PH 值提高，从而导致材料的电化学性能变差。PH 值过高，一方面不利于浆料的搅拌和分散；另一方面高PH，材料会与铝箔发生化学反应生成 Al(OH)3，产生沉淀，对 Li+的传递产生一定的阻碍作用，同时释放的气体会使电池在充放电过程中出现鼓包现象，尤其在高温下鼓包现象更为明显，对电池的容量，倍率性能，循环寿命等产生严重的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改性三元正极材料的制备方法，能够提高改性三元正极材料的首次效率，有效改善三元正极材料循环稳定性差的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种改性三元正极材料的制备方法，其创新点在于：所述正极材料为在三元正极材料上利用聚乙烯吡咯烷酮树脂进行包覆，在三元正极材料表面形成无定形碳包覆层，所述聚乙烯吡咯烷酮为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮，所述三元正极材料为 LiNixCoyMnzO2，其中 0.3 ≤ x ≤ 1，0 ≤ y ≤ 0.5，0 ≤ z≤ 0.5 ，且 x+y+z=1；具体制备方法包括如下步骤：
（1）将聚乙烯吡咯烷酮与三元正极材料按质量比0.05～0.2:1混合在乙醇中得到混合物A；
（2）将混合物A在20～90℃的温度下搅拌1～2h后过滤，得到混合物B；
（3）将混合物B加热炭化至300～700℃，炭化时间为1～5h，得到混合物C；
（4）将混合物C冷却后，粉碎至粒径为3～20μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性三元正极材料。
进一步地，所述（1）中三元正极材料与乙醇的质量比为1:4～10。
进一步地，所述（3）中炭化在空气氛围中进行。
本发明的优点在于：本发明改性三元正极材料的制备方法，将改性聚乙烯吡咯烷酮与三元正极材料经过处理后，制得改性三元正极材料的首次效率比未改性材料提高了15%以上；三元正极材料包覆样品不仅首次效率比未改性三元材料高，之后的循环效率也比未改性高将近20%，说明三元正极材料经过包覆处理后，改善了三元正极材料循环稳定性差的缺陷，这是由于包覆在三元正极材料表面的聚乙烯吡咯烷酮炭膜确实起到了阻止大体积溶剂分子共嵌入的作用，使三元正极材料只在小范围内可逆地膨胀收缩，而不致迅速塌陷崩溃，从而延长了电池的循环寿命。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
对比实施例
（1）将100g LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料混合500mL乙醇中得到混合物A；
（2）将20℃搅拌1h后过滤，得到混合物B；
（3）将混合物B 在空气保护下加热炭化，炭化温度为600℃，炭化时间为1h，炭化需要在空气氛围下进行，得到混合物C ；
（4）将混合物C 冷却后，粉碎至粒径为10μm。
实施例1
本实施例改性三元正极材料的制备方法，正极材料为在三元正极材料上利用聚乙烯吡咯烷酮树脂进行包覆，在三元正极材料表面形成无定形碳包覆层，聚乙烯吡咯烷酮为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮，三元正极材料为 LiNixCoyMnzO2，其中 0.3 ≤ x ≤ 1，0 ≤ y≤ 0.5，0 ≤ z ≤ 0.5 ，且 x+y+z=1；具体制备方法包括如下步骤：
（1）将5g改性聚乙烯吡咯烷酮与100g LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料混合在420g的乙醇中得到混合物A ；
（2）在20℃搅拌1h后过滤，得到混合物B ；
（3）将混合物B 在空气保护下加热炭化，炭化温度为300℃，炭化时间为5h，炭化需要在空气氛围下进行，得到混合物C ；
（4）将混合物C冷却后，粉碎至粒径为3μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性三元正极材料。
实施例2
本实施例改性三元正极材料的制备方法，正极材料为在三元正极材料上利用聚乙烯吡咯烷酮树脂进行包覆，在三元正极材料表面形成无定形碳包覆层，聚乙烯吡咯烷酮为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮，三元正极材料为 LiNixCoyMnzO2，其中 0.3 ≤ x ≤ 1，0 ≤y ≤0.5，0 ≤ z ≤ 0.5 ，且 x+y+z=1；具体制备方法包括如下步骤：
（1）将20g改性聚乙烯吡咯烷酮与100g LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料混合在1200g的乙醇中得到混合物A ；
（2）在90℃搅拌2h后过滤，得到混合物B ；
（3）将混合物B在空气氛围中加热炭化，炭化温度为700℃，炭化时间为1h，得到混合物C；
（4）将混合物C 冷却后，粉碎至粒径为20μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性三元正极材料。
实施例3
本实施例改性三元正极材料的制备方法，正极材料为在三元正极材料上利用聚乙烯吡咯烷酮树脂进行包覆，在三元正极材料表面形成无定形碳包覆层，聚乙烯吡咯烷酮为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮，三元正极材料为 LiNixCoyMnzO2，其中 0.3 ≤ x ≤ 1，0 ≤ y≤ 0.5，0 ≤ z ≤ 0.5 ，且 x+y+z=1；具体制备方法包括如下步骤：
（1）将15g改性聚乙烯吡咯烷酮与100g LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2三元正极材料混合在700g的乙醇中得到混合物A ；
（2）在50℃搅拌1.5h后过滤，得到混合物B ；
（3）将混合物B 在空气氛围中加热炭化，炭化温度为500℃，炭化时间为3h，得到混合物C ；
（4）将混合物C 冷却后，粉碎至粒径为10μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性三元正极材料。
性能测试
将各实施例及对比实施例制作的正极材料与聚氯乙烯、NMP溶剂以及导电炭黑进行混合，经超声分散后进一步搅拌3-5h充分混匀得浆料，将浆料涂抹于铝箔正面上，烘干得到正极极片；以锂箔为对电极，在充满氩气的手套箱中装配成扣式电池，进行恒电流充放电测试，充放电电压为 2.5-4.2V，测试温度25℃。
由上表可以看出，将改性聚乙烯吡咯烷酮与三元正极材料经过处理后，制得改性三元正极材料的首次效率比未改性材料提高了15%以上；三元正极材料包覆样品不仅首次效率比未改性三元材料高，之后的循环效率也比未改性高将近20%。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种改性三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述正极材料为在三元正极材料上利用聚乙烯吡咯烷酮树脂进行包覆，在三元正极材料表面形成无定形碳包覆层，所述聚乙烯吡咯烷酮为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮，所述三元正极材料为 LiNixCoyMnzO2，其中0.3 ≤ x ≤ 1，0 ≤ y ≤ 0.5，0 ≤ z ≤ 0.5 ，且 x+y+z=1；具体制备方法包括如下步骤：
（1）将聚乙烯吡咯烷酮与三元正极材料按质量比0.05～0.2:1混合在乙醇中得到混合物A；
（2）将混合物A在20～90℃的温度下搅拌1～2h后过滤，得到混合物B；
（3）将混合物B加热炭化至300～700℃，炭化时间为1～5h，得到混合物C；
（4）将混合物C冷却后，粉碎至粒径为3～20μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性三元正极材料。
2.根据权利要求1所述的改性三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述（1）中三元正极材料与乙醇的质量比为1:4～10。
3.根据权利要求1所述的改性三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述（3）中炭化在空气氛围中进行。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110783564A (zh) * 2019-11-07 2020-02-11 珠海冠宇电池有限公司 一种氮掺杂碳包覆三元正极材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102509784A (zh) * 2011-10-17 2012-06-20 北大先行科技产业有限公司 一种锂离子电池三元正极材料的制备方法
CN106981681A (zh) * 2017-04-06 2017-07-25 摩族新能源技术（深圳）有限公司 一种长循环中倍率三元系动力锂离子电池及制备方法
CN107256952A (zh) * 2017-06-12 2017-10-17 百川化工(如皋)有限公司 一种锂离子电池负极改性材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102509784A (zh) * 2011-10-17 2012-06-20 北大先行科技产业有限公司 一种锂离子电池三元正极材料的制备方法
CN106981681A (zh) * 2017-04-06 2017-07-25 摩族新能源技术（深圳）有限公司 一种长循环中倍率三元系动力锂离子电池及制备方法
CN107256952A (zh) * 2017-06-12 2017-10-17 百川化工(如皋)有限公司 一种锂离子电池负极改性材料的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110783564A (zh) * 2019-11-07 2020-02-11 珠海冠宇电池有限公司 一种氮掺杂碳包覆三元正极材料及其制备方法

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