一种正极材料的制备方法及锂离子电池

技术领域

本发明涉及正极材料技术领域，具体为一种正极材料的制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池产业中的核心环节是电池材料的制造，电池性能在很大程度上依赖于正极材料的性能，为了提高正极材料的性能，目前很多采用对正极材料的芯材料表面进行包覆而进行改性，包覆层的作用主要是稳定芯层的表面，防止芯层的表面结构被破坏，如在LiNi0.5Mn1.5O4的表面包覆金属氧化物就可以提高其在高电压下的结构稳定性，如在LiFePO4表面包覆碳层就可以提高其导电性能。

现有的固-固相混合是将芯层材料及包覆层材料均粉碎或者制备成纳米级材料，然后固相混合，再压片以增加芯层材料与包覆层材料之间的接触力，然后进行烧结、粉碎，以得到包覆材料。该方法所存在的问题是芯层材料与包覆层材料很难混合均匀，且由于固固相之间的接触力较小，烧结后包覆层与芯层之间的结合力不够紧密，导致包覆不均匀、不连续，材料的一致性较差；固-液相混合则是将芯层材料置于包覆层材料的前驱体溶液中，然后加入沉淀剂，使包覆层材料沉积在芯层材料表面，经干燥、烧结、粉碎后得到包覆材料。这种方法的缺点在于其需要消耗大量的溶剂，在干燥过程中会消耗大量的能量

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种正极材料的制备方法及锂离子电池，解决了上述背景技术所提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种正极材料的材料，其特征在于，包括以下成份：金属氧化物、芯材料、硝酸镍、硝酸钴及硝酸铝、钨粉、氢氧化锂和聚乙二醇。

优选的，一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S21、取金属氧化物、硝酸镍、硝酸钴及硝酸铝，配制为混合水溶液；

S22、向得到的混合水溶液中加入氨水，反应12小时，将产物干燥，得第一粉末；

S23、取钨粉和氢氧化锂粉末，混合均匀，放入反应炉内，在700℃预热30分钟，然后通入乙炔气体，在800℃下反应3小时，得第二粉末，所述第二粉末中的总碳含量为10～15％；

S24、将聚乙二醇溶于水中，制得聚乙二醇溶液，取所述第一粉末和所述第二粉末，分散在聚乙二醇溶液中，得分散液；

S25、加入到芯材料中得到包覆中间体；

S26、置于高压氧化气氛中，以可燃气体为载气进行燃烧处理后得到金属氧化物包覆芯材料的正极材料。

优选的，所述步骤S5加入到所述芯材料中得到包覆中间体为采用所述溶液对所述芯材料进行喷淋，采用所述溶液对所述芯材料进行喷淋为将所述芯材料抽真空至真空度为1atm后，进行高速搅拌的同时通入氮气并采用所述溶液对所述芯材料进行喷淋，真空度达到0时停止喷淋和高速搅拌，并抽真空至真空度为1atm。

优选的，所述燃烧处理的条件为燃烧时间10～30s、燃烧温度800～1200℃。

优选的，所述第二粉末与第一粉末的质量比为1:20。

优选的，所述硝酸镍、硝酸钴和硝酸铝的摩尔比为15:3:1，混合水溶液的浓度为3mol/L。

优选的，所述包覆中间体的固含量为90～99％。

优选的，所述可燃气体为氢气或C1～C6的低链烷烃。

优选的，一种锂离子电池，其特征在于：负极、隔膜、电解液和正极，其特征在于，所述正极包含的正极材料采用权利要求1-8任一项所述的正极材料的制备方法而制备的正极材料或权利要求9所述的正极材料。

(三)有益效果

本发明提供了一种正极材料的制备方法及锂离子电池，具备以下有益效果：

(1)、本发明通过直接使用金属单质与金属氧化物、硝酸镍、硝酸钴及硝酸铝，以可燃气体为载气，可燃气体在高压氧化气氛中燃烧时产生的热量将溶液中的溶剂酸及盐分解、水汽化，金属单质或金属离子在高温及氧气作用下形成对应的氧化物，原位包覆在芯材料的表面，因而包覆层可均匀包覆芯材料，且芯材料与包覆层材料接触紧密，其制备的正极材料性能优异；在燃烧过程中，可燃气体及溶液的液相成分可分解成NOx、SOx、CO2和H2O而挥发，因而无需额外的污染物处理工艺，而本申请采用可燃气体燃烧而使金属转化为金属氧化物原位包覆在芯材料的表面，载气燃烧时可控制温度在正极材料的烧结温度附近，消除材料表面因接触酸性溶剂产生过渡金属溶出而产生的杂相。

(2)、本发明通过利用硝酸镍、硝酸钴及硝酸铝进行共沉淀反应，得到第一粉末，将钨粉与氢氧化锂粉末与乙炔进行反应，得到第二粉末，然后将第一粉末和第二粉末用聚乙二醇分散，将分散液烘干、烧结，得到正极材料。将钨粉与氢氧化锂粉末与乙炔进行反应，提高了碳化钨与正极材料的结合紧密性，用聚乙二醇分散使得得到的正极材料分散均匀，聚乙二醇在烧结的过程中形成碳黑，使得到的正极材料具有良好的导电性，聚乙二醇在升温烧结的过程中逐步放出气体，进一步提高了正极材料的分散性，使得碳化钨能够较均匀地分散在正极材料中，加强了碳化钨的保护作用，进而提高了正极材料的倍率性能。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种正极材料的材料，其特征在于，包括以下成份：金属氧化物、芯材料、硝酸镍、硝酸钴及硝酸铝、钨粉、氢氧化锂和聚乙二醇。

进一步的，一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S21、取金属氧化物、硝酸镍、硝酸钴及硝酸铝，配制为混合水溶液；

S22、向得到的混合水溶液中加入氨水，反应12小时，将产物干燥，得第一粉末；

S23、取钨粉和氢氧化锂粉末，混合均匀，放入反应炉内，在700℃预热30分钟，然后通入乙炔气体，在800℃下反应3小时，得第二粉末，所述第二粉末中的总碳含量为10～15％；

S24、将聚乙二醇溶于水中，制得聚乙二醇溶液，取所述第一粉末和所述第二粉末，分散在聚乙二醇溶液中，得分散液；

S25、加入到芯材料中得到包覆中间体；

S26、置于高压氧化气氛中，以可燃气体为载气进行燃烧处理后得到金属氧化物包覆芯材料的正极材料。

进一步的，所述步骤S5加入到所述芯材料中得到包覆中间体为采用所述溶液对所述芯材料进行喷淋，采用所述溶液对所述芯材料进行喷淋为将所述芯材料抽真空至真空度为1atm后，进行高速搅拌的同时通入氮气并采用所述溶液对所述芯材料进行喷淋，真空度达到0时停止喷淋和高速搅拌，并抽真空至真空度为1atm。

进一步的，所述燃烧处理的条件为燃烧时间10～30s、燃烧温度800～1200℃。

进一步的，所述第二粉末与第一粉末的质量比为1:20。

进一步的，所述硝酸镍、硝酸钴和硝酸铝的摩尔比为15:3:1，混合水溶液的浓度为3mol/L。

进一步的，所述包覆中间体的固含量为90～99％。

进一步的，所述可燃气体为氢气或C1～C6的低链烷烃。

进一步的，一种锂离子电池，其特征在于：负极、隔膜、电解液和正极，其特征在于，所述正极包含的正极材料采用权利要求1-8任一项所述的正极材料的制备方法而制备的正极材料或权利要求9所述的正极材料。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。