CN107256962A - 一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝及制备方法和应用 - Google Patents

一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝及制备方法和应用，铝箔，清洗干燥后置于反应釜底部，将氢氧化锂、镍盐、钴盐溶液和双氧水混合，常温条件下磁力搅拌，然后转入水热反应釜中，110～130℃反应3～5 h；降至室温后，将沉淀物真空抽滤，洗涤干燥，煅烧得到铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝。三维花状结构的NCA材料具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。首次放电比容量为207 mAh/g，第二次放电比容量为184 mAh/g，经过50次循环放电比容量为175 mAh/g，与第二次放电比容量相比，容量保持率为95.1%。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。

Description

一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，特别是涉及一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝及制备方法和应用。
背景技术
锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。锂离子电池作为最新一代的绿色高能蓄电池，于20世纪90年代初迅速发展起来，锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。
由于三元材料LiNi1-x-yCoxAlyO2（0<x<1, 0<y<1）具有优于磷酸亚铁锂和钴酸锂的特性，并且根据调节镍、钴、铝的比例，可以制备出不同性能的三元电极材料。LiNi1-x- yCoxAlyO2（0<x<1, 0<y<1）改善了材料的结构稳定性、提高了材料的充放电循环稳定性和高温稳定性，最大程度上发挥了其优异的电化学性能。该材料被日本企业垄断，松下和索尼是镍钴铝（NCA）的主要供应商，特斯拉的成功带动了世人对NCA材料的关注。
本发明提供一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝的制备方法，本发明通过水热法利用铝箔原位生长制备三维的花状NCA三元材料。三维花状结构的NCA材料具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝及制备方法和应用。
一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
（1）剪切0.11～0.185 mmol 1 cm×1 cm 的铝箔，清洗干燥后置于100 mL的反应釜底部；
（2）将氢氧化锂、镍盐、钴盐溶液和质量百分比为10%～30%的双氧水混合，其中氢氧化锂、镍盐、钴盐和反应的铝箔的摩尔比为1：1-x-y：x：y，其中0<x<1, 0<y<1，常温条件下磁力搅拌15～30 min，然后转入水热反应釜中，110～130℃反应3～5 h；
（3）降至室温后，将沉淀物真空抽滤，然后用水和乙醇洗涤数次，然后真空烘箱60～80℃干燥10～15 h；
（4）将上述沉淀物在500～700℃温度下煅烧3～5 h，得到铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝。
所述的镍盐为硝酸镍、醋酸镍或草酸镍中的一种或其组合。
所述的钴盐为硝酸钴、醋酸钴或草酸钴中的一种或其组合。
一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。
一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝作为正极材料的应用。
有益效果：
本发明提供一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝的制备方法，本发明通过水热法利用铝箔原位生长制备三维的花状NCA三元材料。三维花状结构的NCA材料具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
本发明通过水热法利用铝箔原位生长制备三维的花状NCA三元材料。三维花状结构的NCA材料具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。首次放电比容量为207 mAh/g，第二次放电比容量为184 mAh/g，经过50次循环放电比容量为175 mAh/g，与第二次放电比容量相比，容量保持率为95.1%。
附图说明
图1为实施例1 三维花状结构LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料的电化学倍率性能图。
图2为实施例2三维花状结构LiNi0.8C0.12Al0.08O2材料的循环寿命图。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例一：
剪切0.11 mmol 1 cm×1 cm 的铝箔，清洗干燥后置于100 mL的反应釜底部；将氢氧化锂、硝酸镍、硝酸钴溶液和质量百分比为10%的双氧水混合，其中氢氧化锂、硝酸镍、硝酸钴和反应的铝箔的摩尔比为1 mmol：0.8 mmol：0.15 mmol：0..05 mmol，常温条件下磁力搅拌15 min，然后转入水热反应釜中，110 ℃反应5 h；降至室温后，将沉淀物真空抽滤，然后用水和乙醇洗涤数次，然后真空烘箱80℃干燥10 h；将上述沉淀物在500℃温度下煅烧5 h，得花状的三元LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料。图1是花状结构LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料的倍率性能图，0.1 C放电比容量为190 mAh/g，0.5 C放电比容量为170 mAh/g左右，10 C放电比容量约为55 mAh/g。
实施例二：
剪切0.15 mmol 1 cm×1 cm 的铝箔，清洗干燥后置于100 mL的反应釜底部；将氢氧化锂、硝酸镍、硝酸钴溶液和质量百分比为20%的双氧水混合，其中氢氧化锂、硝酸镍、硝酸钴和反应的铝箔的摩尔比为1 mmol：0.8 mmol：0.12 mmol：0..08 mmol，常温条件下磁力搅拌20 min，然后转入水热反应釜中，130 ℃反应3 h；降至室温后，将沉淀物真空抽滤，然后用水和乙醇洗涤数次，然后真空烘箱80℃干燥10 h；将上述沉淀物在600℃温度下煅烧3 h，得花状的三元LiNi0.8Co0.12Al0.08O2材料。图2是三维花状结构LiNi0.8Co0.12Al0.08O2材料的循环寿命图。首次放电比容量为207 mAh/g，第二次放电比容量为184 mAh/g，经过50次循环放电比容量为175 mAh/g，与第二次放电比容量相比，容量保持率为95.1%。
实施例三：
剪切0.185 mmol 1 cm×1 cm 的铝箔，清洗干燥后置于100 mL的反应釜底部；将氢氧化锂、醋酸镍、醋酸钴溶液和质量百分比为30%的双氧水混合，其中氢氧化锂、醋酸镍、醋酸钴和反应的铝箔的摩尔比为1 mmol：0.8 mmol：0.1 mmol：0.1 mmol，常温条件下磁力搅拌30 min，然后转入水热反应釜中，130 ℃反应3 h；降至室温后，将沉淀物真空抽滤，然后用水和乙醇洗涤数次，然后真空烘箱80℃干燥10 h；将上述沉淀物在700℃温度下煅烧3 h，得花状的三元LiNi0.8Co0.1Al0.1O2材料。

Claims (5)

1.一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
（1）剪切0.11～0.185 mmol 1 cm×1 cm 的铝箔，清洗干燥后置于100 mL的反应釜底部；
（2）将氢氧化锂、镍盐、钴盐溶液和质量百分比为10%～30%的双氧水混合，其中氢氧化锂、镍盐、钴盐和反应的铝箔的摩尔比为1：1-x-y：x：y，其中0<x<1, 0<y<1，常温条件下磁力搅拌15～30 min，然后转入水热反应釜中，110～130℃反应3～5 h；
（3）降至室温后，将沉淀物真空抽滤，然后用水和乙醇洗涤数次，然后真空烘箱60～80℃干燥10～15 h；
（4）将上述沉淀物在500～700℃温度下煅烧3～5 h，得到铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝。
2.根据权利要求1所述一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝的制备方法，其特征在于，所述的镍盐为硝酸镍、醋酸镍或草酸镍中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝的制备方法，其特征在于，所述的钴盐为硝酸钴、醋酸钴或草酸钴中的一种或其组合。
4.一种铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝，其特征在于，根据权利要求1-3任一所述方法制备得到。
5.根据权利要求4所述铝箔原位生长的三元正极材料镍钴铝作为正极材料的应用。
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