[发明专利]一种碳/磷酸锰铁锂纤维丝、氧化镨双层包覆的镍钴铝正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳/磷酸锰铁锂纤维丝、氧化镨双层包覆的镍钴铝正极材料及其制备方法。包括以下步骤：将镍钴铝氢氧化物与锂源混合，得到镍钴铝生粉料；将氧化镨和乙醇均匀分散后，再与所述镍钴铝生粉料乳化至流变相，干燥，煅烧，得到包覆氧化镨的镍钴铝颗粒；进行静电纺丝，将以纳米磷酸锰铁锂为内层、有机碳源为外层的纳米纤维丝均匀包覆在包覆氧化镨的镍钴铝正极材料颗粒上，煅烧，即得。本发明使用氧化镨进行流变相包覆，再使用碳/磷酸铁锰锂纤维丝进行丝状包覆，有效降低了正极材料的表面残碱，并且进一步提升了电导性，同时降低了正极材料与电解液的副反应，使镍钴铝正极材料的包覆效果好、电性能和循环性能优异。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域。更具体地，涉及一种碳/磷酸锰铁锂纤维丝、氧化镨双层包覆的镍钴铝正极材料及其制备方法。

背景技术

在锂离子电池中，出于成本和技术考虑，正极材料一直被视为其核心部分。而高镍三元材料(LiNi_1-xMO₂；M＝Co，Mn，A；x≤0.4)因为其较高的比容量和可接受的成本，已经被广泛关注并研究。以镍钴铝酸锂(LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂；x+y≤0.2，0x1，0y1)正极材料为例，其1C充放(电压3.0～4.3v)扣式电池的比容量可达185mAh/g，但是其不稳定的表面化学性质和内在的结构不稳定性为它们的工业化应用提出了巨大的挑战。

为了增加材料的循环性能和克容量以及减低正极材料颗粒与电解液的副反应，目前主流的镍钴铝材料往往在其制作过程对正极材料进行包覆改性，以改善镍钴铝正极材料的电性能和循环性能。但目前常见的包覆方法，主要为干法包覆。干法包覆法是通过固态粉体和正极材料的搅拌混合，将固态粉体的改性材料直接包覆在正极材料表面，工艺简单，但难以避免包覆不均匀状况的出现。而包覆的性能完全取决于包覆效果，为了提高包覆效果往往对设备要求较高。且部分技术为了进一步降低镍钴铝材料和电解液的副反应，往往还进行双层或者多层材料进行包覆，但是上述工艺都存在以下缺点：(1)干法包覆存在改性物料包覆不均匀、包覆时间过长的现象，这容易使得物料出现产品批次不均匀和正极材料包覆层失效过快的不足，从而影响了包覆的镍钴铝材料的稳定性能，存在镍钴铝颗粒表面残碱增加的风险；(2)多层包覆虽然可以有效的避免镍钴铝正极材料和电解液的副反应，但是多层材料均匀、密实的包覆过多容易影响镍钴铝正极材料中锂离子的迁移，从而降低了产品的电性能。

中国专利文献CN 109119621 A公开了一种钛酸镧锂-钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法，包括如下步骤：S1：将有机钛源和镧源溶于有机溶剂，搅拌得混合溶液；S2：向混合溶液中加入镍钴铝酸锂和表面活性剂，于60～80℃搅拌得悬浮液；S3：在搅拌条件下逐滴加入水，继续搅拌至有机溶剂挥发完全，烘干得包覆材料；S4：将包覆材料于450～650℃条件下煅烧5～10h即得到钛酸镧锂-钛酸锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料。该方法制备得到的钛酸锂-钛酸镧锂包覆的镍钴铝酸锂正极材料具有优异的电化学性能和循环稳定性。但是，其包覆分散剂选用水，由于镍钴铝正极材料对水分较为敏感，在水中，镍钴铝酸锂材料容易析锂，导致层状结果破坏，残锂升高，电性能降低，且这种破坏不可逆，很难通过后期二次烧结使其复原。

因此，如何改善镍钴铝正极材料的包覆效果，并提升其电化学性能、容量及循环稳定性，是目前锂离子电池研究领域的研究重点和技术难点，这项技术的突破将有助于锂离子电池整体性能的进一步提升。

发明内容

本发明的首要目的是克服上述现有技术的不足，提供一种碳/磷酸锰铁锂纤维丝、氧化镨双层包覆的镍钴铝正极材料的制备方法，其具有包覆效果好，且镍钴铝正极材料的表面残碱量和电解液的副反应低，同时电化学性能和循环稳定性能优异的优点。

本发明另一目的是提供一种碳/磷酸锰铁锂纤维丝、氧化镨双层包覆的镍钴铝正极材料。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：