1.本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種碳包覆偏鋁酸鋰材料及其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.鋰離子電池因具有輸出電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長、安全性能好、無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，作為主要的儲能器件成功應(yīng)用于移動(dòng)電源領(lǐng)域。為了進(jìn)一步滿足電網(wǎng)儲能、電動(dòng)汽車以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品對儲能器件的需求，更長循環(huán)壽命、安全性更好、能量密度更高的電極材料以及鋰電池體系成為研究熱點(diǎn)。

3.在實(shí)際生產(chǎn)中，鋰離子電池的長時(shí)間存儲現(xiàn)象十分普遍，電池生產(chǎn)銷售周期過程中可能出現(xiàn)長時(shí)間存放擱置，實(shí)際使用中有時(shí)也長期處于存儲狀態(tài)。然而鋰離子電池在長期存儲過程中，特別是在高低溫環(huán)境交替變化下，荷電狀態(tài)100％下電池系統(tǒng)處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，會不斷發(fā)生向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，當(dāng)變化積累到一定程度后，不僅會導(dǎo)致鋰離子電池電壓、內(nèi)阻變化，還將影響倍率性能及安全特性。

4.本發(fā)明旨在提供一種能夠用作正極添加劑的材料，來提高鋰離子電池的存儲性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明提出了一種偏鋁酸鋰陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用，用于鋰離子電池的正極添加劑，具有制備工藝簡單、材料價(jià)廉易得，能夠有效提高鋰離子電池的存儲性能。

6.第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法，所述偏鋁酸鋰制備方法包括如下步驟：

7.將一定粒度大小的含鋰化合物與含鋁化合物在混合設(shè)備中混合均勻，得到混勻的粉體材料；其中，含鋰化合物與含鋁化合物的用量按照鋰元素與鋁元素摩爾比為(0.75

?

2)：(0.8

?

2)取用；

8.將所述混勻的粉體材料在500℃

?

1300℃溫度下保溫1

?

20小時(shí)，之后自然降溫，得到塊狀或粗粉體狀的偏鋁酸鋰材料；

9.將所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎或?qū)⑺銎X酸鋰材料制備成漿料，即得到所述偏鋁酸鋰陶瓷材料。

10.優(yōu)選的，所述含鋰化合物包括氫氧化鋰、碳酸鋰、氧化鋰或氯化鋰中的一種或多種混合；

11.所述含鋁化合物包括各晶型結(jié)構(gòu)的氧化鋁粉末，其中，所述氧化鋁粉末粒度大小為0.3

?

100μm；

12.含鋰化合物與含鋁化合物的用量按照鋰元素與鋁元素摩爾比為(0.85

?

2)：(1.0

?

1.6)取用。

13.優(yōu)選的，所述將所述混勻的粉體材料在500℃

?

1300℃溫度下保溫1

?

20小時(shí)，之后

自然降溫具體為:

14.將所述混勻的粉體材料在熱處理設(shè)備中以0.5

?

20℃/min升溫速率升溫至500～1300℃，保溫1

?

20小時(shí)，然后自然降至室溫。

15.進(jìn)一步優(yōu)選的，所述熱處理設(shè)備包括：箱式爐、管式爐、輥道窯、推板窯或回轉(zhuǎn)爐中的一種。

16.優(yōu)選的，所述混合設(shè)備包括：雙運(yùn)動(dòng)混合機(jī)、三維混合機(jī)、v型混合機(jī)、單錐雙螺旋混合機(jī)、槽式螺帶混合機(jī)或臥式無重力混合機(jī)中的一種。

17.優(yōu)選的，所述將所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎具體為：使用粉碎設(shè)備對所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎；所述細(xì)粉碎后所得到的所述偏鋁酸鋰陶瓷材料為0.3

?

100μm的粉末材料；

18.所述將所述偏鋁酸鋰材料制備成漿料具體為：使用粉碎設(shè)備對所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行初級破碎，再將初級破碎所得材料放入加有溶劑的球磨機(jī)或磨砂機(jī)中，制備成漿料；所述溶劑包括油系溶劑、水系溶劑或酒精系溶劑中的任一種；所述漿料中偏鋁酸鋰陶瓷材料的顆粒大小在0.1

?

30μm。

19.優(yōu)選的，所述粉碎設(shè)備包括：顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和輥式破碎、扁平式氣流粉碎機(jī)、流化床式氣流粉碎機(jī)、循環(huán)式氣流粉碎機(jī)、撞擊式破碎機(jī)、膨脹式破碎機(jī)、球磨粉碎機(jī)、高速旋轉(zhuǎn)拋射式粉碎機(jī)或高速旋轉(zhuǎn)撞擊式粉碎機(jī)中的一種或幾種。

20.第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了上述第一方面所述的制備方法制備得到的偏鋁酸鋰陶瓷材料。

21.第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種碳包覆偏鋁酸鋰材料的用途，所述碳包覆偏鋁酸鋰材料用于電的池正極材料添加劑。

22.優(yōu)選的，所述電池具體包括鋰離子電池。

23.本發(fā)明制備方法所用原材料便宜、工藝簡單，通過混合和熱處理兩個(gè)步驟即可得到較高純度的偏鋁酸鋰材料，再通過粉碎成細(xì)粉或制備成漿料，即可用得到偏鋁酸鋰陶瓷材料，用于鋰離子電池的正極添加材料，提高電池的存儲性能。

附圖說明

24.下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

25.圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法流程圖；

26.圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的偏鋁酸鋰陶瓷材料的粒度分布曲線；

27.圖3為本發(fā)明實(shí)施例1提供的偏鋁酸鋰陶瓷材料的x射線衍射(xrd)圖；

28.圖4為本發(fā)明實(shí)施例2提供的偏鋁酸鋰陶瓷材料的掃描電鏡(sem)圖；

29.圖5為本發(fā)明實(shí)施例3和對比例1的鋰離子電池的存儲性能的對比圖。

具體實(shí)施方式

30.本發(fā)明實(shí)施例提供了一種偏鋁酸鋰陶瓷材料及其制備方法，其制備方法如圖1所示，主要包括如下步驟：

31.步驟110，將一定粒度大小的含鋰化合物與含鋁化合物在混合設(shè)備中混合均勻，得

到混勻的粉體材料；

32.其中，含鋰化合物包括氫氧化鋰、碳酸鋰、氧化鋰或氯化鋰中的一種或多種混合；含鋁化合物包括各晶型結(jié)構(gòu)的氧化鋁粉末，其中，氧化鋁粉末粒度大小為0.3

?

100μm；

33.含鋰化合物與含鋁化合物的用量按照鋰元素與鋁元素摩爾比為(0.75

?

2)：(0.8

?

2)取用；優(yōu)選的，按(0.85

?

2)：(1.0

?

1.6)取用。

34.混合設(shè)備包括：雙運(yùn)動(dòng)混合機(jī)、三維混合機(jī)、v型混合機(jī)、單錐雙螺旋混合機(jī)、槽式螺帶混合機(jī)或臥式無重力混合機(jī)中的一種。

35.步驟120，將混勻的粉體材料在500℃

?

1300℃溫度下保溫1

?

20小時(shí)，之后自然降溫，得到塊狀或粗粉體狀的偏鋁酸鋰材料；

36.具體的，本步驟在熱處理設(shè)備中以0.5

?

20℃/min升溫速率升溫至500～1300℃。熱處理設(shè)備包括：箱式爐、管式爐、輥道窯、推板窯或回轉(zhuǎn)爐中的一種。

37.步驟130，將偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎或?qū)⑵X酸鋰材料制備成漿料，即得到偏鋁酸鋰陶瓷材料。

38.其中，將所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎具體為：使用粉碎設(shè)備對偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎；細(xì)粉碎后所得到的偏鋁酸鋰陶瓷材料為0.3

?

100μm的粉末材料；

39.將所述偏鋁酸鋰材料制備成漿料具體為：使用粉碎設(shè)備對偏鋁酸鋰材料進(jìn)行初級破碎，再將初級破碎所得材料放入加有溶劑的球磨機(jī)或磨砂機(jī)中，制備成漿料；溶劑包括油系溶劑、水系溶劑或酒精系溶劑中的任一種；漿料中偏鋁酸鋰陶瓷材料的顆粒大小在0.1

?

30μm。

40.以上步驟中所用的粉碎設(shè)備包括：顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和輥式破碎、扁平式氣流粉碎機(jī)、流化床式氣流粉碎機(jī)、循環(huán)式氣流粉碎機(jī)、撞擊式破碎機(jī)、膨脹式破碎機(jī)、球磨粉碎機(jī)、高速旋轉(zhuǎn)拋射式粉碎機(jī)或高速旋轉(zhuǎn)撞擊式粉碎機(jī)中的一種或幾種。

41.本發(fā)明上述方法獲得的偏鋁酸鋰陶瓷材料，用于鋰離子電池的正極材料添加劑。

42.以上制備方法所用原材料便宜、工藝簡單，通過混合和熱處理兩個(gè)步驟即可得到較高純度的偏鋁酸鋰材料，再通過粉碎成細(xì)粉或制備成漿料，即可用得到偏鋁酸鋰陶瓷材料，用于鋰離子電池的正極添加材料，提高電池的存儲性能。

43.下面以幾個(gè)具體實(shí)例來進(jìn)行說明。

44.實(shí)施例1

45.將粒度大小為3μm的氧化鋁粉末與氫氧化鋰按照鋰元素與鋁元素比例為1.2：1在雙運(yùn)動(dòng)混合機(jī)機(jī)中混合均勻，然后將混勻的材料在箱式爐中以5℃/min升溫至750℃保溫10小時(shí)，再降至室溫；隨后將熱處理后的塊狀材料先經(jīng)過顎式破碎機(jī)破碎小塊，再經(jīng)過扁平式氣流粉碎機(jī)粉碎成6μm大小的粉末，得到微米級粉體偏鋁酸鋰陶瓷材料。

46.材料的粒度分布曲線如圖2所示。

47.材料的xrd如圖3所示，從xrd圖形的分析可以顯示出偏鋁酸鋰材料結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變。

48.實(shí)施例2

49.將粒度大小為3μm的氧化鋁粉末與2μm大小的碳酸鋰(li2co3)按照鋰元素與鋁元素比例為1.08：1在雙運(yùn)動(dòng)混合機(jī)機(jī)中混合均勻，然后將混勻的材料在回轉(zhuǎn)爐中以3℃/min升

溫至1100℃保溫5小時(shí)，再降至室溫；隨后將燒結(jié)后的材料先經(jīng)過顎式破碎機(jī)破碎小塊，再經(jīng)過扁平式氣流粉碎機(jī)粉碎成1μm大小的粉末，得到微米級粉體偏鋁酸鋰陶瓷材料。材料的振實(shí)密度為2.28g/cm3，材料掃面電鏡圖如圖4所示。從偏鋁酸鋰陶瓷材料的sem圖形可以看出，材料為無規(guī)則多邊形。

50.實(shí)施例3

51.將粒度大小為0.5μm的氧化鋁粉末與2μm大小的碳酸鋰(li2co3)按照鋰元素與鋁元素比例為1.03：1在v型混合機(jī)中混合均勻，然后將混勻的材料在回轉(zhuǎn)爐中以1℃/min升溫至780℃保溫6小時(shí)，再降至室溫；隨后將燒結(jié)后的材料先經(jīng)過錘式破碎機(jī)破碎小塊，再經(jīng)過循環(huán)式氣流粉碎機(jī)粉碎成10μm大小的粉末，然后將中間產(chǎn)品粉末加入n

?

甲基吡咯烷酮(nmp)溶劑經(jīng)過砂磨機(jī)研磨到0.15μm，得到納米級偏鋁酸鋰陶瓷漿料材料。

52.將上述制備的納米級偏鋁酸鋰漿料材料按照1wt％的有效比例，與95wt％的正極材料磷酸鐵鋰材料、2wt％的聚偏氟乙烯(pvdf)和2wt％的導(dǎo)電炭黑(sp)混合形成正極漿料，涂布到鋁箔上烘干制備成正極片，與石墨負(fù)極組裝成全電池，滿點(diǎn)且恒溫25℃條件下測試電池電壓降低隨存儲時(shí)間的變化。

53.對比例1

54.為了對比本發(fā)明材料在電池中性能發(fā)揮的作用，裝配不添加制備的材料的電池，96wt％的正極材料磷酸鐵鋰材料、2wt％的聚偏氟乙烯(pvdf)和2wt％的導(dǎo)電炭黑(sp)混合形成正極漿料，涂布到鋁箔上烘干制備成正極片，與石墨負(fù)極組裝成全電池，滿點(diǎn)且恒溫25℃條件下測試電池電壓降低隨存儲時(shí)間的變化。

55.實(shí)施例3與對比例1的電池電壓降隨存儲時(shí)間的變化對比如圖5所示。測試存儲30天中的電池電壓可以看到，隨時(shí)間推移，添加了本發(fā)明制備的納米級偏鋁酸鋰漿料材料，電池電壓下降更為緩慢，鋰離子電池的存儲性能有明顯提升。

56.以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述偏鋁酸鋰制備方法包括如下步驟：將一定粒度大小的含鋰化合物與含鋁化合物在混合設(shè)備中混合均勻，得到混勻的粉體材料；其中，含鋰化合物與含鋁化合物的用量按照鋰元素與鋁元素摩爾比為(0.75

?

2)：(0.8

?

2)取用；將所述混勻的粉體材料在500℃

?

1300℃溫度下保溫1

?

20小時(shí)，之后自然降溫，得到塊狀或粗粉體狀的偏鋁酸鋰材料；將所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎或?qū)⑺銎X酸鋰材料制備成漿料，即得到所述偏鋁酸鋰陶瓷材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述含鋰化合物包括氫氧化鋰、碳酸鋰、氧化鋰或氯化鋰中的一種或多種混合；所述含鋁化合物包括各晶型結(jié)構(gòu)的氧化鋁粉末，其中，所述氧化鋁粉末粒度大小為0.3

?

100μm；含鋰化合物與含鋁化合物的用量按照鋰元素與鋁元素摩爾比為(0.85

?

2)：(1.0

?

1.6)取用。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述將所述混勻的粉體材料在500℃

?

1300℃溫度下保溫1

?

20小時(shí)，之后自然降溫具體為:將所述混勻的粉體材料在熱處理設(shè)備中以0.5

?

20℃/min升溫速率升溫至500～1300℃，保溫1

?

20小時(shí)，然后自然降至室溫。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述熱處理設(shè)備包括：箱式爐、管式爐、輥道窯、推板窯或回轉(zhuǎn)爐中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述混合設(shè)備包括：雙運(yùn)動(dòng)混合機(jī)、三維混合機(jī)、v型混合機(jī)、單錐雙螺旋混合機(jī)、槽式螺帶混合機(jī)或臥式無重力混合機(jī)中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述將所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎具體為：使用粉碎設(shè)備對所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行細(xì)粉碎；所述細(xì)粉碎后所得到的所述偏鋁酸鋰陶瓷材料為0.3

?

100μm的粉末材料；所述將所述偏鋁酸鋰材料制備成漿料具體為：使用粉碎設(shè)備對所述偏鋁酸鋰材料進(jìn)行初級破碎，再將初級破碎所得材料放入加有溶劑的球磨機(jī)或磨砂機(jī)中，制備成漿料；所述溶劑包括油系溶劑、水系溶劑或酒精系溶劑中的任一種；所述漿料中偏鋁酸鋰陶瓷材料的顆粒大小在0.1

?

30μm。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偏鋁酸鋰陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述粉碎設(shè)備包括：顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和輥式破碎、扁平式氣流粉碎機(jī)、流化床式氣流粉碎機(jī)、循環(huán)式氣流粉碎機(jī)、撞擊式破碎機(jī)、膨脹式破碎機(jī)、球磨粉碎機(jī)、高速旋轉(zhuǎn)拋射式粉碎機(jī)或高速旋轉(zhuǎn)撞擊式粉碎機(jī)中的一種或幾種。8.一種上述權(quán)利要求1

?

7任一所述的制備方法制備得到的偏鋁酸鋰陶瓷材料。9.一種上述權(quán)利要求8所述的偏鋁酸鋰陶瓷材料的用途，其特征在于，所述偏鋁酸鋰陶瓷材料用于電池的正極材料添加劑。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偏鋁酸鋰陶瓷材料的用途，其特征在于，所述電池具體包括

鋰離子電池。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種偏鋁酸鋰陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用。將一定粒度大小的含鋰化合物與含鋁化合物在混合設(shè)備中混合均勻，得到混勻的粉體材料；其中，含鋰化合物與含鋁化合物的用量按照鋰元素與鋁元素摩爾比為(0.75

技術(shù)研發(fā)人員：吳俊潔 張新華 翁啟東 周永

受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖州南木納米科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.23

技術(shù)公布日：2021/11/23