[发明专利]一种表面具有双层包覆结构的三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面具有双层包覆结构的三元正极材料及其制备方法，本发明通过利用原位生成的方法在三元材料前驱体的表面合成MoS₂纳米片，MoS₂是由两个S层和一个Mo层组成的ABA三明治分层结构，相邻层之间通过范德华力相互作用，具有良好的化学稳定性；此外，MoS₂还具有优异的电导率，可以提高电子和锂离子在电极与电解液之间传输效率；另外，在材料的表层包覆一层Al₂O₃，可以缓解正极材料在充放电过程中的结构变化，并能有效地优化界面电化学反应环境，从而提高三元材料的循环稳定性。本发明所制备的材料具有良好的电子导电性和结构稳定性，可有效地优化界面电化学反应环境，提高电池的倍率与循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种表面具有双层包覆结构的三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池三元正极材料由于具有较高的能量密度，被认为是最具前景的下一代高能量锂离子电池正极材料，并成为现阶段产业界的开发重点。然而，镍钴锰三元材料却普遍存在一些问题亟需解决。第一、倍率性能较钴酸锂等材料稍差；第二：由于电解液分解产生的氟化氢的腐蚀，三元材料中镍、钴、锰过渡金属会从电极溶解到电解液中，形成表面结构塌陷，循环性能变差。第三：在电池充放电过程中，伴随着副反应的发生，正极活性材料的结构将会受到一定的破坏。

表面包覆可以有效改善材料的结构稳定性，并且可以形成保护层将材料中的活性物质与电解液隔离开来，从而可以大大降低电极/电解质界面处的副反应。然而仅利用表面单包覆对镍钴锰三元材料进行修饰虽然可以有效缓解金属离子的溶出，减少HF对活性物质的腐蚀，改善电池循环性能，但对电池倍率性能的提升没有任何作用。所以在降低界面反应的同时，须兼顾包覆物质的电子/离子电导率，才能更好地提高三元材料的倍率与循环性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种表面具有双层包覆结构的三元正极材料，该材料具有良好的电子导电性和结构稳定性以及可有效地优化界面电化学反应环境，从而提高了三元锂离子电池的倍率与循环性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种表面具有双层包覆结构的三元正极材料，包括位于内部的三元正极材料以及由里到外依次包覆在三元正极材料表面的MoS₂纳米片包覆层和Al₂O₃包覆层。

作为优选的技术方案，所述MoS₂纳米片包覆层的质量是三元正极材料质量的0.5-5wt％。所述Al₂O₃包覆层的质量是三元正极材料质量的1-10wt％。

本发明的第二个目的是提供上述所述的表面具有双层包覆结构的三元正极材料的制备方法，步骤如下：

S1、制备表面包覆MoS₂纳米片包覆层的三元材料前驱体：将钼酸钠、硫代乙酰胺和水合硅钨酸溶解在去离子水中得到反应液，然后将三元前躯体Ni_xCo_yMn_z(OH)₂分散在反应液中得到混合液；将混合液转移至反应釜中进行水热反应，得到表面包覆MoS₂纳米片包覆层的三元材料前驱体；其中，所述三元前躯体Ni_xCo_yMn_z(OH)₂中0x＜1，0y＜1，0z＜1，且x+y+z＝1；

S2、制备Al(OH)₃包覆层：将表面包覆MoS₂纳米片包覆层的三元材料前驱体和铝源共同分散在去离子水中，混合均匀后的物料经过陈化后得到混合浆料，依次进行洗涤、干燥后在三元材料前驱体的最外层形成Al(OH)₃包覆层；