CN112635740A - 一种Al2O3包覆的NCM三元正极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种Al2O3包覆的NCM三元正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将前驱体与锂源混合，然后进行分段烧结，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；(2)将三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂混合，然后进行烧结，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料；其中，在步骤(1)中，所述前驱体为NixCoyMn1‑x‑y(OH)2，x＞0，y＞0，1‑x‑y＞0。该方法结合高温固相分段烧结技术和低温燃烧合成技术，获得了Al2O3包覆的NCM三元正极材料，该材料具有较高的比容量和良好的循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种Al2O3包覆的NCM三元正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、工作电压平稳、自放电小等优点，被认为是具有发展潜力的电池之一。正极材料是锂离子电池的重要组成部分，它既是锂离子电池容量提高的瓶颈，也是决定锂离子电池价格最重要的因素。寻找高放电容量、稳定性的正极材料，产出物优价廉的正极材料，成为行业持续瞩目的热点。三元材料的安全、能量密度，输出性能，还有循环以及成本相比较而言比较均衡，三元材料逐渐成为动力电池发展趋势。
目前三元材料存在的还存在主要技术问题：首先是颗粒表面的相转变，容易引起电池容量、循环性能的衰减；二是循环后颗粒碎裂，引起电化学性能衰减，导致热稳定性、安全性能下降。
为了改善三元材料的稳定性以及电化学性能，在材料晶格中掺杂一些金属离子和非金属离子或者在材料表面包覆一些厚度合适的化合物，被证明是有效的措施。Al2O3被认为是氧化物涂层中最好的氧化物，Al2O3涂层是离子和电子的绝缘体。Al2O3涂层在实验室可以采用沉淀法、凝胶溶胶法，还可以采用沉积的方法包覆。工业量产中，主要有湿法包覆、干法包覆两种。干法包覆直接用物理方法将Al2O3粉末包覆在材料表面，该法操作方便，前期投资小，但是存在包覆不均匀的现象。湿法包覆是先利用可溶铝盐制备好包覆液，然后再包覆在材料表面。湿法包覆不存在包覆不均匀的现象，但是工艺流程较长，前期投资较大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的Al2O3包覆三元材料包覆不均匀，工艺流程较长，前期投资较大的问题，提供一种Al2O3包覆的NCM三元正极材料的制备方法，该方法结合高温固相分段烧结技术和低温燃烧合成技术，获得了Al2O3包覆的NCM三元正极材料，利用该法处理后得到的NCM三元正极材料，在其表面形成了包覆层，不仅有利于锂离子的传输，保证了材料具有较高的比容量；而且同时该Al2O3包覆层又起到隔离电解液的作用，保证了材料具有良好的循环性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种Al2O3包覆的NCM三元正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将前驱体与锂源混合，然后进行分段烧结，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂混合，然后进行烧结，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料；
其中，在步骤(1)中，所述前驱体为NixCoyMn1-x-y(OH)2，x＞0，y＞0，1-x-y＞0。
优选地，在步骤(1)中，所述锂源为硝酸锂、乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种。
进一步优选地，在步骤(1)中，所述前驱体中的金属阳离子与所述锂源中的锂离子的摩尔比为1:(1-1.15)。
优选地，在步骤(1)中，所述分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为300-800℃，第二段烧结的温度为750-1000℃。
优选地，在步骤(1)中，所述第一段烧结的时间≤10h。
优选地，在步骤(1)中，所述第二段烧结的时间≤20h。
优选地，在步骤(2)中，所述Al(NO3)3·9H2O中铝离子与所述三元系复合氧化物多晶料的质量比为500-3000ppm。
优选地，在步骤(2)中，所述还原剂为柠檬酸、氨基乙酸、甘氨酸、葡萄糖和尿素中的至少一种。
优选地，在步骤(2)中，所述三元系复合氧化物多晶料与所述还原剂的质量比为1：(0.05-0.2)。
优选地，在步骤(2)中，所述烧结的温度为300-650℃，所述烧结的时间≤10h。
优选地，在步骤(1)中，所述分段烧结的气氛为空气和/或氧气。
优选地，在步骤(2)中，所述烧结的气氛为空气和/或氧气。
本发明所述的方法对合成设备要求低，操作简单，烧结工艺无特殊要求，制备得到的Al2O3包覆的NCM三元正极材料不仅有利于锂离子的传输，保证了材料具有较高的比容量；而且Al2O3包覆层又起到隔离电解液的作用，保证了材料具有良好的循环性能，结构稳定，对环境友好，适合做动力电池的正极材料。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的Al2O3包覆的NCM三元正极材料的扫描电镜照片；
图2是本发明实施例2制备的Al2O3包覆的NCM三元正极材料的扫描电镜照片；
图3是本发明实施例3制备的Al2O3包覆的NCM三元正极材料的扫描电镜照片；
图4是本发明实施例4制备的Al2O3包覆的NCM三元正极材料的扫描电镜照片；
图5是本发明实施例5制备的Al2O3包覆的NCM三元正极材料的扫描电镜照片；
图6是本发明实施例6制备的Al2O3包覆的NCM三元正极材料的扫描电镜照片；
图7是本发明实施例7制备的Al2O3包覆的NCM三元正极材料的扫描电镜照片；
图8是本发明实施例8制备的Al2O3包覆的NCM三元正极材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种Al2O3包覆的NCM三元正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将前驱体与锂源混合，然后进行分段烧结，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂混合，然后进行烧结，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料；
其中，在步骤(1)中，所述前驱体为NixCoyMn1-x-y(OH)2，x＞0，y＞0，1-x-y＞0。
在本发明中，在步骤(1)中，所述锂源为硝酸锂、乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种。
在优选实施方式中，在步骤(1)中，所述前驱体中的金属阳离子与所述锂源中的锂离子的摩尔比为1:(1-1.15)。具体地，所述前驱体中的金属阳离子与所述锂源中的锂离子的摩尔比可以为1:1、1:1.01、1:1.02、1:1.03、1:1.04、1:1.05、1:1.06、1:1.07、1:1.08、1:1.09、1:1.1、1:1.11、1:1.12、1:1.13、1:1.14或1:1.15。
在本发明中，在步骤(1)中，所述分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为300-800℃，第二段烧结的温度为750-1000℃。具体地，所述第一段烧结的温度可以为300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃，所述第二段烧结的温度可以为750℃、775℃、800℃、825℃、850℃、875℃、900℃、925℃、950℃、975℃或1000℃。
在本发明中，在步骤(1)中，所述第一段烧结的时间≤10h。具体地，所述第一段烧结的时间可以为1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。
在本发明中，在步骤(1)中，所述第二段烧结的时间≤20h。具体地，所述第二段烧结时间可以为1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h或20h。
在本发明中，在步骤(2)中，所述Al(NO3)3·9H2O中铝离子与所述三元系复合氧化物多晶料的质量比为500-3000ppm。具体地，所述Al(NO3)3·9H2O中铝离子与所述三元系复合氧化物多晶料的质量比可以为500ppm、750ppm、1000ppm、1250ppm、1500ppm、1750ppm、2000ppm、2250ppm、2500ppm、2750ppm或3000ppm。
在本发明中，在步骤(2)中，所述还原剂为柠檬酸、氨基乙酸、甘氨酸、葡萄糖和尿素中的至少一种。
在本发明中，在步骤(2)中，所述三元系复合氧化物多晶料与所述还原剂的质量比为1：(0.05-0.2)。具体地，所述三元系复合氧化物多晶料与所述还原剂的质量比可以为1：0.05、1：0.07、1：0.09、1：0.1、1：0.12、1：0.15、1：0.17、1：0.19或1：0.2。
在本发明中，在步骤(2)中，所述烧结的温度为300-650℃。具体地，所述烧结的温度可以为300℃、325℃、350℃、375℃、400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃、575℃、600℃、625℃或650℃。
在本发明中，在步骤(2)中，所述烧结的时间≤10h。具体地，所述第一次烧结的时间可以为1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。
在本发明中，在步骤(1)中，所述分段烧结的气氛为空气和/或氧气，。
在本发明中，在步骤(2)中，所述烧结的气氛为空气和/或氧气。
本发明所述的方法利用低温燃烧合成氧化铝后，包覆在材料上，同时结合高温固相分段烧结技术，使得NCM三元正极材料颗粒表面均匀包覆了Al2O3，制备得到的Al2O3包覆的NCM三元正极材料不仅有利于锂离子的传输，保证了材料具有较高的比容量；而且Al2O3包覆层又起到隔离电解液的作用，保证了材料具有良好的循环性能，结构稳定，对环境友好，适合做动力电池的正极材料，对合成设备要求低，操作简单，烧结工艺无特殊要求。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1-3和对比例1所用的前驱体为Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2。
实施例1
(1)将前驱体与锂源(碳酸锂)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.08，然后在空气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为750℃，第一段烧结的时间为6h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为910℃，第二段烧结的时间为10h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(柠檬酸)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为500ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.05，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为300℃，烧结的时间为4h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
实施例2
(1)将前驱体与锂源(锂源为碳酸锂和硝酸锂，碳酸锂与硝酸锂的质量比为9:1)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.1，然后在空气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为650℃，第一段烧结的时间为8h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为950℃，第二段烧结的时间为12h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(还原剂为柠檬酸和氨基乙酸，柠檬酸和氨基乙酸的质量比为1:1)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为1500ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.1，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为500℃，烧结的时间为6h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
实施例3
(1)将前驱体与锂源(锂源为硝酸锂、乙酸锂和碳酸锂，硝酸锂、乙酸锂和碳酸锂的质量比为0.5：0.5：9)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.05，然后在空气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为600℃，第一段烧结的时间为4h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为910℃，第二段烧结的时间为8h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(还原剂为柠檬酸、葡萄糖和尿素，柠檬酸、葡萄糖和尿素的质量比为1:1:1)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为2000ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.15，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为350℃，烧结的时间为3h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
对比例1
使用现有技术制备Al2O3包覆的NCM三元正极材料，具体操作步骤为：
(1)将前驱体与锂源(锂源为硝酸锂、乙酸锂和碳酸锂，硝酸锂、乙酸锂和碳酸锂的质量比为0.5：0.5：9)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.05，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为950℃，烧结的时间为10h，烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与纳米Al2O3机械混合均匀，Al2O3中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为2000ppm，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为600℃，烧结的时间为6h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
测试例1
使用扫描电子显微镜观察实施例1-3制得的Al2O3包覆的NCM三元正极材料，其扫描电镜照片分别如图1-3所示，可以看出在NCM三元正极材料颗粒表面均匀包覆了Al2O3。
测试例2
以锂片为负极，实施例1-3和对比例1制得的Al2O3包覆的NCM三元正极材料作为正极，制备二次纽扣电池，型号为CR2025，在3.0-4.3V电压下，首先0.1C充电/0.1C放电两圈，然后在1C充电/1C放电条件下进行循环放电测试，测试首次充放电效率、1C首次放电比容量和100圈循环容量保持率，测试结果如表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，实施例中Al2O3包覆的NCM三元正极材料制备得到的电池的首次充放电效率、1C首次放电比容量和100圈循环容量保持率均大于对比例，说明本发明所述的方法制备得到的Al2O3包覆的NCM三元正极材料具有较高的比容量和良好的循环性能，对环境友好，适合做动力电池的正极材料。
实施例4-6和对比例2所用的前驱体为Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2。
实施例4
(1)将前驱体与锂源(碳酸锂)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.06，然后在氧气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为580℃，第一段烧结的时间为6h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为850℃，第二段烧结的时间为10h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(还原剂为葡萄糖和尿素，葡萄糖和尿素的质量比为4:1)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为750ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.15，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为550℃，烧结的时间为6h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
实施例5
(1)将前驱体与锂源(锂源为碳酸锂和氢氧化锂，碳酸锂和氢氧化锂的质量比为1:1)混合，前驱体中金属阳离子与锂源中锂离子的摩尔比为1:1.08，然后在氧气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为720℃，第一段烧结的时间为8h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为845℃，第二段烧结的时间为10h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(还原剂为甘氨酸和尿素，甘氨酸和尿素的质量比为3:1)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为1250ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.15，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为600℃，烧结的时间为4h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
实施例6
(1)将前驱体与锂源(氢氧化锂)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.1，然后在氧气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为600℃，第一段烧结的时间为8h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为920℃，第二段烧结的时间为10h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(甘氨酸)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为2250ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.05，然后在氧气中进行烧结，烧结的温度为500℃，烧结的时间为6h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
对比例2
使用现有技术制备Al2O3包覆的NCM三元正极材料，具体操作步骤为：
(1)将前驱体与锂源(氢氧化锂)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.1，然后在氧气中进行烧结，烧结的温度为920℃，烧结的时间为12h，烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与纳米Al2O3机械混合均匀，Al2O3中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为2250ppm，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为600℃，烧结的时间为6h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
测试例3
使用扫描电子显微镜观察实施例4-6制得的Al2O3包覆的NCM三元正极材料，其扫描电镜照片分别如图4-6所示，可以看出在NCM三元正极材料颗粒表面均匀包覆了Al2O3。
测试例4
以锂片为负极，实施例4-6和对比例2制得的Al2O3包覆的NCM三元正极材料作为正极，制备二次纽扣电池，型号为CR2025，在3.0-4.3V电压下，首先0.1C充电/0.1C放电两圈，然后在1C充电/1C放电条件下进行循环放电测试，测试首次充放电效率、1C首次放电比容量和100圈循环容量保持率，测试结果如表2所示。
表2
通过表2的结果可以看出，实施例中Al2O3包覆的NCM三元正极材料制备得到的电池的首次充放电效率、1C首次放电比容量和100圈循环容量保持率均大于对比例，说明本发明所述的方法制备得到的Al2O3包覆的NCM三元正极材料具有较高的比容量和良好的循环性能，对环境友好，适合做动力电池的正极材料。
实施例7-10和对比例3所用的前驱体为Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2。
实施例7
(1)将前驱体与锂源(氢氧化锂)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.08，然后在氧气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为500℃，第一段烧结的时间为6h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为835℃，第二段烧结的时间为12h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(还原剂为柠檬酸和葡萄糖，柠檬酸和葡萄糖的质量比为1:2)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为1000ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.05，然后在氧气中进行烧结，烧结的温度为450℃，烧结的时间为6h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
实施例8
(1)将前驱体与锂源(锂源为乙酸锂和氢氧化锂，乙酸锂和氢氧化锂的质量比为1:9)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.06，然后在氧气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为550℃，第一段烧结的时间为6h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为760℃，第二段烧结的时间为10h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(还原剂为甘氨酸和葡萄糖，甘氨酸和葡萄糖的质量比为2:1)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为2500ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.2，然后在氧气中进行烧结，烧结的温度为400℃，烧结的时间为8h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
实施例9
(1)将前驱体与锂源(氢氧化锂)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1，然后在氧气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为300℃，第一段烧结的时间为10h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为800℃，第二段烧结的时间为20h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(还原剂为柠檬酸和葡萄糖，柠檬酸和葡萄糖的质量比为1:2)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为1750ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.1，然后在氧气中进行烧结，烧结的温度为300℃，烧结的时间为10h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
实施例10
(1)将前驱体与锂源(氢氧化锂)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.15，然后在氧气中进行分段烧结，分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为800℃，第一段烧结的时间为4h，然后进行第二段烧结，第二段烧结的温度为1000℃，第二段烧结的时间为9h，第二段烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂(还原剂为柠檬酸和葡萄糖，柠檬酸和葡萄糖的质量比为1:2)混合，Al(NO3)3·9H2O中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为3000ppm，三元系复合氧化物多晶料与还原剂的质量比为1:0.1，然后在氧气中进行烧结，烧结的温度为650℃，烧结的时间为4h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
对比例3
使用现有技术制备Al2O3包覆的NCM三元正极材料，具体操作步骤为：
(1)将前驱体与锂源(氢氧化锂)混合，前驱体中的金属阳离子与锂源中的锂离子的摩尔比为1:1.08，然后在氧气中进行烧结，烧结的温度为835℃，烧结的时间为12h，烧结完毕后随炉冷却，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与纳米Al2O3机械混合均匀，Al2O3中铝离子与三元系复合氧化物多晶料的质量比为1000ppm，然后在空气中进行烧结，烧结的温度为600℃，烧结的时间为6h，烧结完毕后随炉冷却，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料。
测试例5
使用扫描电子显微镜观察实施例7和8制得的Al2O3包覆的NCM三元正极材料，其扫描电镜照片分别如图7和图8所示，可以看出在NCM三元正极材料颗粒表面均匀包覆了Al2O3。
测试例6
以锂片为负极，实施例7-10和对比例3制得的Al2O3包覆的NCM三元正极材料作为正极，制备二次纽扣电池，型号为CR2025，在3.0-4.3V电压下，首先0.1C充电/0.1C放电两圈，然后在1C充电/1C放电条件下进行循环放电测试，测试首次充放电效率、1C首次放电比容量和100圈循环容量保持率，测试结果如表3所示。
表3
通过表3的结果可以看出，实施例中Al2O3包覆的NCM三元正极材料制备得到的电池的首次充放电效率、1C首次放电比容量和100圈循环容量保持率均大于对比例，说明本发明所述的方法制备得到的Al2O3包覆的NCM三元正极材料具有较高的比容量和良好的循环性能，对环境友好，适合做动力电池的正极材料。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种Al2O3包覆的NCM三元正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将前驱体与锂源混合，然后进行分段烧结，接着进行粉碎和分级，得到三元系复合氧化物多晶料；
(2)将步骤(1)得到的三元系复合氧化物多晶料与Al(NO3)3·9H2O和还原剂混合，然后进行烧结，接着依次进行粉碎、分级和过筛，得到Al2O3包覆的NCM三元正极材料；
其中，在步骤(1)中，所述前驱体为NixCoyMn1-x-y(OH)2，x＞0，y＞0，1-x-y＞0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述锂源为硝酸锂、乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的至少一种；
优选地，所述前驱体中的金属阳离子与所述锂源中的锂离子的摩尔比为1:(1-1.15)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述分段烧结为两段烧结，第一段烧结的温度为300-800℃，第二段烧结的温度为750-1000℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第一段烧结的时间≤10h。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述第二段烧结的时间≤20h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述Al(NO3)3·9H2O中铝离子与所述三元系复合氧化物多晶料的质量比为500-3000ppm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述还原剂为柠檬酸、氨基乙酸、甘氨酸、葡萄糖和尿素中的至少一种。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述三元系复合氧化物多晶料与所述还原剂的质量比为1：(0.05-0.2)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述烧结的温度为300-650℃，所述烧结的时间≤10h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述分段烧结的气氛为空气和/或氧气；
优选地，在步骤(2)中，所述烧结的气氛为空气和/或氧气。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210409 |