CN108269999B - 一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：S1、将三元前驱体与单水氢氧化锂混合得到初混物，向初混物中加入氧化铝研磨球进行充分混合得到前驱体混合物；其中，三元前驱体的粒径大小分布为0≤(D90‑D10)/D50≤0.7；S2、将前驱体混合物筛除氧化铝研磨球后进行烧结得到容量缓释型高镍三元材料。本发明采用窄粒径分布的三元前驱体，其对烧结温度的敏感性较低，烧结温度易于控制，使得制备的高镍三元材料具有非常好的循环性能。

Description

一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法。
背景技术
因具有较高的工作电压、能量密度、长寿命和对环境友好等特点，锂离子电池已经成为新一代电动汽车、电动工具及电子产品的动力电源，目前已经广泛应用于能源、交通、通讯等不同的领域之中。
三元材料，尤其是高镍三元材料是当下研究的热点，由于其容量高、循环性能优异从而得到了广泛应用。但是以目前的三元材料匹配石墨负极，电池的能量密度无法达到300Wh/kg。为了进一步提高电池的能量密度，需要使用容量更高的硅碳负极。目前纳米硅与石墨复合制备的硅碳负极具有较高的容量，但是循环性能非常差，因此目前来看不具有应用前景。而氧化亚硅复合石墨制备的硅碳负极具有非常好的循环性能同时容量也较高，但是其缺点在于首次效率偏低。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，得到的高镍三元材料具有非常好的循环性能。
本发明提出的一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将三元前驱体与单水氢氧化锂混合得到初混物，向初混物中加入氧化铝研磨球进行充分混合得到前驱体混合物；其中，三元前驱体的粒径大小分布为0≤(D90-D10)/D50≤0.7；
S2、将前驱体混合物筛除氧化铝研磨球后进行烧结得到容量缓释型高镍三元材料；其中，烧结的具体操作为：首先对物料进行第一次烧结，接着进行第二次烧结，接着冷却至室温，接着将冷却后的物料粉碎过筛，接着进行第三次烧结，最后冷却至室温。
优选地，S1中，三元前驱体为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2；其中0.8≤x＜1，0＜y＜0.2，(x+y)＜1。
优选地，S1中，三元前驱体与单水氢氧化锂的摩尔比为1：1.02-1.1。
优选地，S1中，单水氢氧化锂的粒径大小分布为1um≤D50≤10um。
优选地，S1中，氧化铝研磨球的直径为0.5-1.5cm。
优选地，S1中，初混物与氧化铝研磨球的质量比为1：0.3-1。
优选地，S2中，烧结在氧气的氛围中进行。
优选地，氧气的纯度为99.99％。
优选地，S2中，第一次烧结的温度为400-600℃，时间为3-10h。
优选地，S2中，第二次烧结的温度为700-800℃，时间为10-20h。
优选地，S2中，第三次烧结的温度为300-600℃，时间为3-10h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明制备的高镍三元材料初始循环时容量较低，随着循环进行容量逐渐升高并达到稳定，其匹配硅碳负极材料可以解决硅碳负极首次效率偏低的问题，因为使用此种材料匹配首次效率偏低的硅碳负极，在循环初始阶段，正极容量没有完全释放，负极效率低对其影响较小，随着循环进行负极被活化，而此时正极容量完全释放从而使得电池具有非常高的能量密度。
2、本发明采用窄粒径分布的三元前驱体，其对烧结温度的敏感性较低，烧结温度易于控制，使得制备的高镍三元材料具有非常好的循环性能。
3、本发明的制备方法简单，易于放大，具有非常好的商业价值。
附图说明
图1为本发明得到的容量缓释型高镍三元材料的SEM图。
图2为本发明得到的容量缓释型高镍三元材料的XRD图。
图3为本发明得到的容量缓释型高镍三元材料的容量、倍率及循环关系图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将三元前驱体与单水氢氧化锂混合得到初混物，向初混物中加入氧化铝研磨球进行充分混合得到前驱体混合物；其中，三元前驱体的粒径大小分布为(D90-D10)/D50＝0.7；
S2、将前驱体混合物筛除氧化铝研磨球后进行烧结得到容量缓释型高镍三元材料；其中，烧结的具体操作为：首先对物料进行第一次烧结，接着进行第二次烧结，接着冷却至室温，接着将冷却后的物料粉碎过筛，接着进行第三次烧结，最后冷却至室温。
实施例2
一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将三元前驱体与单水氢氧化锂在三维混料机中混合得到初混物，向初混物中加入氧化铝研磨球进行充分混合得到前驱体混合物；其中，三元前驱体的粒径大小分布为(D90-D10)/D50＝0.6；
S2、将前驱体混合物筛除氧化铝研磨球后，在纯度为99.99％的氧气氛围中进行烧结得到容量缓释型高镍三元材料；其中，烧结的具体操作为：首先对物料进行第一次烧结，接着进行第二次烧结，接着冷却至室温，接着将冷却后的物料粉碎过筛，接着进行第三次烧结，最后冷却至室温；
S1中，三元前驱体为Ni0.85Co0.1Mn0.05O2；
S1中，三元前驱体与锂源的摩尔比为1：1.02；
S1中，单水氢氧化锂的粒径大小分布为D50＝7um；
S1中，氧化铝研磨球的直径为1cm；
S1中，初混物与氧化铝研磨球的质量比为1：0.5；
S2中，第一次烧结的温度为500℃，时间为3h；
S2中，第二次烧结的温度为750℃，时间为20h；
S2中，第三次烧结的温度为300℃，时间为5h。
实施例3
一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将三元前驱体与单水氢氧化锂在三维混料机中混合得到初混物，向初混物中加入氧化铝研磨球进行充分混合得到前驱体混合物；其中，三元前驱体的粒径大小分布为(D90-D10)/D50＝0.4；
S2、将前驱体混合物筛除氧化铝研磨球后，在纯度为99.99％的氧气氛围中进行烧结得到容量缓释型高镍三元材料；其中，烧结的具体操作为：首先对物料进行第一次烧结，接着进行第二次烧结，接着冷却至室温，接着将冷却后的物料粉碎过筛，接着进行第三次烧结，最后冷却至室温；
S1中，三元前驱体为Ni0.80Co0.1Mn0.1O2；
S1中，三元前驱体与锂源的摩尔比为1：1.05；
S1中，单水氢氧化锂的粒径大小分布为D50＝10um；
S1中，氧化铝研磨球的直径为0.5cm；
S1中，初混物与氧化铝研磨球的质量比为1：0.3；
S2中，第一次烧结的温度为600℃，时间为4h；
S2中，第二次烧结的温度为800℃，时间为10h；
S2中，第三次烧结的温度为600℃，时间为10h。
实施例4
一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将三元前驱体与单水氢氧化锂在三维混料机中混合得到初混物，向初混物中加入氧化铝研磨球进行充分混合得到前驱体混合物；其中，三元前驱体的粒径大小分布为(D90-D10)/D50＝0.3；
S2、将前驱体混合物筛除氧化铝研磨球后，在纯度为99.99％的氧气氛围中进行烧结得到容量缓释型高镍三元材料；其中，烧结的具体操作为：首先对物料进行第一次烧结，接着进行第二次烧结，接着冷却至室温，接着将冷却后的物料粉碎过筛，接着进行第三次烧结，最后冷却至室温；
S1中，三元前驱体为Ni0.90Co0.05Mn0.05O2；
S1中，三元前驱体与锂源的摩尔比为1：1.1；
S1中，单水氢氧化锂的粒径大小分布为D50＝1um；
S1中，氧化铝研磨球的直径为1.5cm；
S1中，初混物与氧化铝研磨球的质量比为1：1；
S2中，第一次烧结的温度为400℃，时间为10h；
S2中，第二次烧结的温度为700℃，时间为15h；
S2中，第三次烧结的温度为500℃，时间为3h。
试验例1
对实施例4得到的容量缓释型高镍三元材料分别进行SEM、XRD检测以及相关性能测试，结果参照图1-3；其中，图1为实施例4的SEM图；图2为实施例4的XRD图；图3为实施例4的容量、倍率及循环关系图；由图1-3可知，本发明得到的容量缓释型高镍三元材料具有较好的电化学性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将三元前驱体与单水氢氧化锂混合得到初混物，向初混物中加入氧化铝研磨球进行充分混合得到前驱体混合物；其中，三元前驱体的粒径大小分布为0≤(D90-D10)/D50≤0.7；所述单水氢氧化锂的粒径大小分布为1um≤D50≤10um；
S2、将前驱体混合物筛除氧化铝研磨球后进行烧结得到容量缓释型高镍三元材料；其中，烧结的具体操作为：首先对物料进行第一次烧结，接着进行第二次烧结，接着冷却至室温，接着将冷却后的物料粉碎过筛，接着进行第三次烧结，最后冷却至室温；所述第一次烧结的温度为400-600℃，时间为3-10h；第二次烧结的温度为700-800℃，时间为10-20h；第三次烧结的温度为300-600℃，时间为3-10h。
2.根据权利要求1所述锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，其特征在于，S1中，三元前驱体为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2；其中0.8≤x＜1，0＜y＜0.2，(x+y)＜1。
3.根据权利要求1或2所述锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，其特征在于，S1中，三元前驱体与单水氢氧化锂的摩尔比为1：1.02-1.1。
4.根据权利要求1或2所述锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，其特征在于，S1中，氧化铝研磨球的直径为0.5-1.5cm。
5.根据权利要求1或2所述锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法，其特征在于，S1中，初混物与氧化铝研磨球的质量比为1：0.3-1。
6.根据权利要求1或2所述锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法的制备方法，其特征在于，S2中，烧结在氧气的氛围中进行。
7.根据权利要求6所述锂离子电池用容量缓释型高镍三元材料的制备方法的制备方法，其特征在于，氧气的纯度为99.99％。
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