CN111653747A - 一种铝酸锂/碳酸锂包覆nca正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂电池正极的技术领域，具体涉及一种LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)准备称取有机锂盐、有机铝盐，并将两者溶解于乙醇溶液中，配制成混合型乙醇溶液；(2)在惰性气体环境中，将NCA三元材料粉末加入至步骤(1)所得的混合型乙醇溶液中，超声处理30‑180min，然后真空干燥；(3)将步骤(2)所得物升温至300℃，并在此温度下煅烧2‑5h，然后研磨，即得；本发明方法简单便捷，包覆方法只有两步简单易行，且无须复杂的操作设备，适用于工业生产。

Description

一种铝酸锂/碳酸锂包覆NCA正极材料的制备方法
技术领域
本发明属于锂电池正极的技术领域，具体涉及一种铝酸锂/碳酸锂包覆NCA正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、污染小等优点，目前在电动汽车领域和储能领域具有广泛的应用。高镍三元正极材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)作为一种高容量，高能量密度的正极材料，具备三元协同效应，综合了传统的正极材料镍酸锂、锰酸锂、钴酸锂几种材料的优点，兼具能量密度高、循环寿命较长、成本相对较低等特点，在成为下一代的动力电池正极材料方面具有较大的优势。然而目前NCA正极材料的结构稳定性和倍率性能仍有待提升需要改善。材料表面包覆是材料改性、性能提升的主要途径。目前，为了提高三元正极材料的电化学性能，改善其放电容量、循环寿命和库伦效率，各种包覆手段已经被尝试，例如Al2O3、ZrO2、ZnO、TiO2、AlF3、AlPO4等，所制备的正极材料性能都有显著提升。其中，正极包覆Al2O3相比其他包覆方法具有显著优势，一提高三元正极材料的倍率性能和高温性能；二是充电电压和放电电压压差增大，发热量小。
但是，目前Al2O3包覆NCA方法较为繁琐，而且不具备大批量生产的可行性。例如，张正国(中国陶瓷，2015,8,19)利用Al(NO3)3对NCM材料进行包覆，虽然改善了NCM正极材料的倍率性能和隔膜通过性，但是方法较为繁琐，同时氧化物在NCA材料表面包覆改性仍面临着一系列的挑战，主要有：(1)表面包覆仅能从一定程度上减缓金属离子的溶解，不能从根本上解决容量衰减的问题；(2)由于氧化物包覆层与正极材料表面的粘附性较差，在经过较长的充放电后容易产生脱落；(3)氧化物自身是非活性物质，虽然提高了电极材料的循环性能，但对电极材料的放电比容量有一定的损耗；(4)由于包覆改性对包覆层的均匀性具有较高要求，一般工艺所制备的包覆层的均匀性有待提高，而均匀性高包覆层所需工艺较为复杂，制备成本较高，
基于此，为了提高NCA正极材料的电化学性能，开发一种简洁方便具有实用意义的LiAlO2/Li2CO3包覆NCA方法显得非常的重要。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种简便、适用于批量生产的方法，以便于制备电化学性能优良的NCA包覆型材料，提供了一种LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法。
具体是通过以下技术方案来实现的：
一种铝酸锂/碳酸锂包覆NCA正极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备称取有机锂盐、有机铝盐，并将两者溶解于乙醇溶液中，配制成混合型乙醇溶液；
(2)在惰性气体环境中，将NCA三元材料粉末加入至步骤(1)所得的混合型乙醇溶液中，超声处理30-180min，然后真空干燥；
(3)将步骤(2)所得物升温至300℃，并在此温度下煅烧2-5h，然后研磨，即得。
所述有机铝盐为异丙醇铝、丙醇铝、乙醇铝中的任意一种或几种的混合物。
有机锂盐为乙醇锂、丙醇锂中的任意一种或几种的混合物。
所述NCA三元材料为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2或其掺杂改性正极材料。
所述混合型乙醇溶液中有机铝盐的质量分数为1-10％。
所述混合型乙醇溶液中有机锂盐的质量分数为1-10％。
所述升温速率为1-15℃/min。
有益效果：
本发明方法利用溶液法对NCA进行包覆，能够在NCA表面形成LiAlO2/Li2CO3包覆层，该LiAlO2/Li2CO3包覆层具有良好的离子传导性和较低导电子性，可有效提高NCA正极材料的倍率性能和循环性能。
本发明所使用的锂盐与铝盐都是应在所用有机溶剂中具有较好的溶解性，并且是环境友好型。本发明方法简单便捷，包覆方法只有两步简单易行，且无须复杂的操作设备，适用于工业生产。
附图说明
图1：实施例3铝酸锂/碳酸锂包覆NCA正极材料的循环性能曲线；
图2：NCA正极材料的循环性能曲线。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
一种LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备称取有机锂盐、有机铝盐，并将两者溶解于乙醇溶液中，配制成混合型乙醇溶液；
(2)在氩气环境中，将NCA三元材料粉末加入至步骤(1)所得的混合型乙醇溶液中，超声处理30min，然后真空干燥；
(3)将步骤(2)所得物升温至300℃，并在此温度下煅烧2h，然后研磨，即得；
所述有机铝盐为异丙醇铝；
有机锂盐为乙醇锂；
所述NCA三元材料为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2；
所述混合型乙醇溶液中有机铝盐的质量分数为1％；
所述混合型乙醇溶液中有机锂盐的质量分数为1％；
所述升温速率为1℃/min。
实施例2
一种LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备称取有机锂盐、有机铝盐，并将两者溶解于乙醇溶液中，配制成混合型乙醇溶液；
(2)在氖气环境中，将NCA三元材料粉末加入至步骤(1)所得的混合型乙醇溶液中，超声处理180min，然后真空干燥；
(3)将步骤(2)所得物升温至300℃，并在此温度下煅烧5h，然后研磨，即得；
所述有机铝盐为丙醇铝；
有机锂盐为丙醇锂；
所述NCA三元材料为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2；
所述混合型乙醇溶液中有机铝盐的质量分数为10％；
所述混合型乙醇溶液中有机锂盐的质量分数为10％；
所述升温速率为15℃/min。
实施例3
一种LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备称取有机锂盐、有机铝盐，并将两者溶解于乙醇溶液中，配制成混合型乙醇溶液；
(2)在氙气环境中，将NCA三元材料粉末加入至步骤(1)所得的混合型乙醇溶液中，超声处理90min，然后真空干燥；
(3)将步骤(2)所得物升温至300℃，并在此温度下煅烧3.5h，然后研磨，即得；
所述有机铝盐为乙醇铝；
有机锂盐为乙醇锂、丙醇锂的混合物；
所述NCA三元材料为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2；
所述混合型乙醇溶液中有机铝盐的质量分数为5％；
所述混合型乙醇溶液中有机锂盐的质量分数为5％；
所述升温速率为10℃/min。
实施例4
一种LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备称取有机锂盐、有机铝盐，并将两者溶解于乙醇溶液中，配制成混合型乙醇溶液；
(2)在氩气环境中，将NCA三元材料粉末加入至步骤(1)所得的混合型乙醇溶液中，超声处理150min，然后真空干燥；
(3)将步骤(2)所得物升温至300℃，并在此温度下煅烧2.5h，然后研磨，即得。
所述有机铝盐为异丙醇铝、丙醇铝、乙醇铝的混合物。
有机锂盐为乙醇锂、丙醇锂的混合物。
所述NCA三元材料为氮掺杂LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。
所述混合型乙醇溶液中有机铝盐的质量分数为2％。
所述混合型乙醇溶液中有机锂盐的质量分数为9％。
所述升温速率为5℃/min。
试验例
将实施例3制备的铝酸锂/碳酸锂包覆NCA正极材料在室温，1C倍率条件下进行循环性能测试，结果如图1；
以传统NCA正极材料为对照组，在室温，1C倍率条件下进行循环性能测试，结果如图2；
图1和图2对比可知，实施例3的正极材料的容量保持率高，随着循环圈数的增加，保持率无明显的下降趋势，而传统NCA正极材料的容量保持率随着循环圈数的增加而显著下降，这意味着比电容严重损失。另外，实施例1、实施例2、实施例4的测试结果与图1相似。

Claims (7)

1.一种LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)准备称取有机锂盐、有机铝盐，并将两者溶解于乙醇溶液中，配制成混合型乙醇溶液；
(2)在惰性气体环境中，将NCA三元材料粉末加入至步骤(1)所得的混合型乙醇溶液中，超声处理30-180min，然后真空干燥；
(3)将步骤(2)所得物升温至300℃，并在此温度下煅烧2-5h，然后研磨，即得。
2.如权利要求1所述LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，其特征在于，所述有机铝盐为异丙醇铝、丙醇铝、乙醇铝中的任意一种或几种的混合物。
3.如权利要求1所述LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，其特征在于，有机锂盐为乙醇锂、丙醇锂中的任意一种或几种的混合物。
4.如权利要求1所述LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，其特征在于，所述NCA三元材料为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2或其掺杂改性正极材料。
5.如权利要求1所述LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合型乙醇溶液中有机铝盐的质量分数为1-10％。
6.如权利要求1所述LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合型乙醇溶液中有机锂盐的质量分数为1-10％。
7.如权利要求1所述LiAlO2/Li2CO3包覆NCA正极材料的制备方法，其特征在于，所述升温速率为1-15℃/min。
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