[发明专利]五氧化二钒包覆核壳结构梯度镍钴锰正极材料及制备方法

说明书

五氧化二钒包覆核壳结构梯度镍钴锰正极材料及制备方法，所述正极材料由五氧化二钒包覆层包覆核壳结构梯度镍钴锰正极材料而成；其化学式为V₂O₅@ LiNi_xCo_yMn_(1‑x‑y)O₂，其中，0.5≤x≤0.85，0.05≤y≤0.4，1‑x‑y＞0；所述核壳结构梯度镍钴锰正极材料由核壳结构梯度镍钴锰正极材料前驱体混锂烧结所得。所述制备方法为：（1）将正极材料前驱体陈化，过滤，洗涤，干燥；（2）加入锂源，研磨，预烧后，烧结；（3）与钒源在醇溶液中混合，超声，加热反应；（4）在含氧气氛下，热处理，即成。本发明正极材料组装的电池放电比容量高、循环及倍率性能好；本发明方法简单、成本低、适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种镍钴锰正极材料及制备方法，具体涉及一种五氧化二钒包覆核壳结构梯度镍钴锰正极材料及制备方法。

背景技术

进入二十一世纪，世界范围内大规模能源紧缺与环境污染的问题日益严重，迫使人们寻求能够替代传统化石能源，并能够储存新能源（太阳能、风能及核能等）的绿色电源系统。锂离子电池凭借其优异的能量密度、倍率性能及长使用寿命，广泛应用到移动电话、数码相机与便携式个人电脑等设备上，并且其应用目标正从小型移动设备向大型电动车车用电池系列（纯电动车、混合电动车及插入式混合电动车等的车用电池）与能量储存系统等方面转变。锂离子电池是否能应用到大型动力电池及能量储存电池中，关键在于能量密度、功率密度、寿命、安全性及价格等五方面因素。其中，解决这些问题时，既要优化电池装配工艺及电池管理系统，又要从锂离子电池体系的组成部件（正极材料、负极材料、隔膜及电解液等）方面进行强化。在锂离子电池体系中，正极材料制约着电池整体性能的发展，而三元材料作为锂离子电池正极材料中的一种，因其具有电压高、比容量高、成本低廉等优点，是公认的最有发展前景的锂离子电池正极材料之一。

CN102637871A公开了一种锂离子活性氧化物V₂O₅包覆锂离子电池正极材料的方法，是通过将钒源溶解于介质中形成溶液，再加入锂离子电池正极材料或其前驱体，干燥并进行低温烧结，得到其改性后的锂离子电池正极材料。但是，该方法需要使用喷雾干燥法，制备过程较复杂，并且在2C倍率下，初始放电只有170mAh/g的比容量，高倍率下的性能也不佳。

CN106654201A公开了一种复合三元材料及其制备方法，是将钒源加入到草酸溶液中，然后加入磷源、锂源，接着加入三元材料搅拌均匀，随后滴加乙二醇、乙二胺，低温加热，得前驱体，再通过高温烧结，得有包覆层的三元材料。虽然包覆层减缓了三元材料对电解液的催化反应，缓解热量的瞬间聚集，并可抑制电池危险状态的发生。但是，该方法的烧结温度为800～860℃，温度高，耗能大，且1C首次放电容量仅为169mHh/g，容量较低。

CN107230771A公开了一种磷酸钒包覆锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的方法，是通过将钒源、磷酸盐和还原剂按照一定的比例混合于去离子水中，并进行水热反应，再通过过滤、洗涤、烘干，得磷酸钒，再将制备所得磷酸钒与三元材料按照一定比例混合并烧结，得目标产物。虽然该方法能有效提高锂离子电池的容量及循环性能，但是，该方法首先需要合成包覆物，工序复杂，合成包覆物的过程需要20～48h，耗费时间过长，效率较低，不利于产业化生产，且0.1C倍率下循环放电20圈的容量保持仅为91.92%，循环性能不佳。

CN103700825A公开了一种三元正极材料的掺杂包覆方法，是将三元材料前驱体、碳酸锂、五氧化二钒混合后进行烧结，再混入氟化锂进行二次烧结，之后溶于酒精，并加入异丙醇，干燥，最后放入马弗炉内保温。虽然该方法能够提高材料的效率，进而提高了电池的循环性和高温稳定性，但是，该方法需要三次烧结，不仅工序复杂，而且不利于节能，不利于产业化生产，且在0.2C倍率下循环放电100圈后的比容量仅有176mAh/g，循环性能不佳。

因此，亟待找到一种三元材料在获得高放电比容量的同时，优化其倍率和循环性能。

发明内容