[0030] 下面结合具体实施方式对本发明做进一步的分析。
[0031] 封闭式化学气相沉积装置(附图1),包括管状反应容器、第一加热区域1、第二加热区域2、可开合法兰堵头、氧化铝坩埚和电机。管状反应容器的一端设有可开合法兰堵头,另一端封闭;管状反应容器内设有可设置不同升温速率、目标反应温度、保温时间的第一加热区域1、第二加热区域2;第二加热区域2设有用于放置样品的氧化铝坩埚;管状反应容器可通过电机驱动旋转;氧化铝坩埚保持不动,不随管状反应容器的旋转而旋转。
[0032] 实施例1、改性高镍三元正极材料的制备及锂电性能
[0033] 如附图1所示,取1g平均粒径为10μm的类球形LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)正极材料粉末,将其铺于管状反应容器的加热单元2区域,控制平铺厚度约为1.5mm。取10gCVD反应原料(AlCl3、Al粉和Al2O3粉的混合物,质量比1:1:1)将其装入氧化铝坩埚中,置于管状反应容器的加热区域1。封闭反应器并启动电机,转动管状反应器,调节电机转动速度为30rpm,使氧化铝坩埚始终处于平置的状态。将加热区域1的升温速率设定为5℃/min,目标温度设定为400℃;同时,将加热区域2的升温速率设定为 4℃/min及目标温度设定为320℃,使CVD反应原料区域与高镍三元正极材区域形成 80℃温度差。在加热至目标反应温度后保温2小时并自然冷却到室温后,即获得改性后的高镍三元正极材料。
[0034] 附图2为本实施例中NCM523高镍三元正极材料经化学气相沉积处理后的SEM形貌,可见经Al2O3/Al复合改性层包覆后的NCM523仍然保持原有的类球形形貌特征,在高倍率SEM下可以看到,材料呈现出较为明显的鳞片状结构。
[0035] 附图3为本实施例中NCM523高镍三元正极材料经化学气相沉积处理后的XRD图谱,对照图谱中给出的标准PDF卡片,显示NCM523的层状结构并未发生改变,同时 Al2O3和Al的衍射峰清晰可辨,证明Al2O3和Al组分在化学气相沉积处理过程中被成功的引入。
[0036] 改性高镍三元正极材料的锂电性能测试
[0037] 将实施例1制得的改性高镍三元正极材料材料和对照例分别与Super P炭黑和 PVDF以90:5:5wt.%的比例混合,用NMP溶剂调成膏状,涂覆在铝箔表面,待真空干燥后,将涂层铝箔切割成直径为15mm的圆片作为锂离子电池电极。选用锂离子电池用电解液(EC:DEC=1:1,LiPF6浓度为1mol/L)和金属锂箔片作为对电极,在手套箱中组装成RC2032型纽扣电池,在新威Neware BTS电池测试系统进行恒电流充放电测试。锂离子电池的容量测试采用恒电流充放电法进行测试,测试温度为25℃,选用的电流密度为20mA/g,充放电电位从
3~4.3V,执行循环200次。所制备的锂离子电池充放电性能如下:
[0038] 附图4为本实施例中电池在电流密度为20mA/g,充放电电位在3~4.6V之间的循环性能图。电池的首次放电容量可达199.6mAh/g,首次库伦效率为91.7%,在200次循环后放电容量仍有172.6mAh/g,容量保持率为93.2%(相对第2次放电容量)。
[0039] 实施例2、改性高镍三元正极材料的制备
[0040] 取1g平均粒径为7μm的类球形LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)正极材料粉末,将其铺于管状反应容器的加热单元2区域,控制平铺厚度约为1.5mm。取10gCVD反应原料(AlCl3、Al粉和Al2O3粉的混合物,质量比1:1:1)将其装入氧化铝坩埚中,置于管状反应容器的加热区域1。封闭反应器并启动电机,转动管状反应器,调节电机转动速度为每分钟30rpm,使氧化铝坩埚始终处于平置的状态。将加热区域1的升温速率设定为5℃/min,目标温度设定为450℃;同时,将加热区域2的升温速率设定为4℃/min 及目标温度设定为350℃,使CVD反应原料区域与高镍三元正极材区域形成100℃温度差。在加热至目标反应温度后保温2小时并自然冷却到室温后,即获得改性后的高镍三元正极材料。
[0041] 实施例3、改性高镍三元正极材料的制备
[0042] 取1g平均粒径为20μm的类球形LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)正极材料粉末,将其铺于管状反应容器的加热单元2区域,控制平铺厚度约为2mm。取10g CVD反应原料(AlCl3、Al粉和Al2O3粉的混合物,质量比1:1:1)将其装入氧化铝坩埚中,置于管状反应容器的加热区域1。封闭反应器并启动电机,转动管状反应器,调节电机转动速度为每分钟30rpm,使氧化铝坩埚始终处于平置的状态。将加热区域1的升温速率设定为6℃/min,目标温度设定为500℃;同时,将加热区域2的升温速率设定为4℃/min 及目标温度设定为360℃,使CVD反应原料区域与高镍三元正极材区域形成140℃温度差。在加热至目标反应温度后保温2小时并自然冷却到室温后,即获得改性后的高镍三元正极材料。
[0043] 对比例1
[0044] 按照实施例1的步骤,仅改变化学气相沉积反应的保温时间制备改性NCM523高镍三元正极材料,将保温时间分别设置为2hr,3hr和4hr,同时设立对照组不做改性处理,循环充放电性能测试步骤同实施例1,其测试结果如表1所示。
[0045] 表1、对比例1制备的改性高镍三元正极材料锂电循环性能的影响
[0046]
[0047] 从表1可以看出,经过Al2O3/Al包覆处理的NCM523正极材料在首次库伦效率及 200循环后的容量保持率上,相较原始样品均有较为显著的提升(突破90%),因此,该处理方法可以作为一种有效的高镍三元材料改性手段应用。
[0048] 对比例2
[0049] 将实施例1、2、3制备的改性高镍三元材料与专利CN105406040B进行锂电循环性能性能比较。电化学性能测试参考上述专利文献所提供的方法,具体如下:采用 523450型铝壳电池,负极活性物质为贝特瑞818;采用新威Neware BTS电池测试系统在常温(25℃)下进行测试,测试电压范围为3.0~4.2V;以1C倍率进行充放电,循环250 周,考察容量保持率。测试结果如表2所示。
[0050] 表2、实施例和对比例合成的改性三元正极材料的锂电循环性能
[0051]
[0052] 从表2可以看出,经过Al2O3/Al包覆处理的高镍三元正极材料在放电容量及250 周容量保持率,相较专利CN105406040B方法有一定的提升。因此,该处理方法可以在一定程度上弥补现有方法的不足,成为一种更为有效的高镍三元材料改性手段应用
[0053] 上述实施例并非是对于本发明的限制,本发明并非仅限于上述实施例,只要符合本发明要求,均属于本发明的保护范围。