CN108736009A - 镍钴锰酸锂三元材料及其制备方法 - Google Patents

镍钴锰酸锂三元材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种镍钴锰酸锂三元材料及其制备方法,涉及锂电池材料领域。该镍钴锰酸锂三元材料的制备方法包括以下步骤:将镍盐、钴盐、锰盐和锂盐溶于溶剂中混合得到混合液;将壳聚糖的乙酸溶液滴入到搅拌的混合液中,随后在6000r/min‑15000r/min下离心处理得到凝胶;将凝胶干燥得到粉末,将粉末球磨后在700‑850℃下焙烧2‑4h。本发明提供的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法工艺简单,操作方便,能够大规模的生产制备具有优异性能的镍钴锰酸锂三元材料。此外本发明还涉及上述镍钴锰酸锂三元材料的制备方法制备得到的镍钴锰酸锂三元材料。

Description

镍钴锰酸锂三元材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池材料领域,且特别涉及一种镍钴锰酸锂三元材料及其制备方法。
背景技术
钴酸锂是目前应用最广的锂电池材料,但钴资源日益匮乏且价格昂贵,严重的影响到其利用。镍钴锰酸锂三元材料以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二以上的钴,从而有效的降低了材料的成本并扩大了原料来源,使其成为受到人们广泛关注和研究的锂电池材料之一。
目前现有的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法有将原料直接混合或混合后焙烧的固相法、将原料溶解混合沉淀后干燥的共沉淀法、使用溶剂分散和混合原料的凝胶法、使用模板来限定原料排列导向的模板法等等多种方法,但是上述的方法制备得到镍钴锰酸锂三元材料均具有一定的缺陷,如粒径均一性差,循环性能差等,不能满足使用的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其具有工艺简单、操作方便、能够大规模的生产的优点。
本发明的另一目的在于提供一种镍钴锰酸锂三元材料,其具有优异的循环性能,可作为正极材料应用于锂电池中。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其是由以下步骤制备得到:
将镍盐、钴盐、锰盐和锂盐溶于溶剂中混合得到混合液;
将壳聚糖的乙酸溶液滴入到搅拌的混合液中,随后在6000r/min-15000r/min下离心处理得到凝胶;
将凝胶干燥得到粉末,将粉末球磨后在700-850℃下焙烧2-4h。
进一步地,在本发明较佳实施例中,上述镍盐、钴盐、锰盐和锂盐中镍、钴、锰、锂的摩尔比为3-4:1-2:1-2:6-10。
进一步地,在本发明较佳实施例中,上述将壳聚糖的乙酸溶液滴入到搅拌的混合液中后,使用氨水调节混合液的pH为7-9。
进一步地,在本发明较佳实施例中,上述壳聚糖的乙酸溶液中壳聚糖和乙酸的用量比为1-3g:30-50ml。
进一步地,在本发明较佳实施例中,上述混合液中壳聚糖和镍的的用量比为10-100g:1mol。
进一步地,在本发明较佳实施例中,上述在离心处理的同时进行微波加热。
进一步地,在本发明较佳实施例中,上述在离心处理的同时微波加热至50-60℃。
进一步地,在本发明较佳实施例中,上述球磨是在80-150r/min下球磨45-120min。
进一步地,在本发明较佳实施例中,上述焙烧在惰性气体环境下进行。
本发明还提供了一种镍钴锰酸锂三元材料,其是采用上述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法制备得到。
本发明实施例的镍钴锰酸锂三元材料及其制备方法的有益效果是:本发明实施例提供的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法包括以下步骤:将镍盐、钴盐、锰盐和锂盐溶于溶剂中混合得到混合液;将壳聚糖的乙酸溶液滴入到搅拌的混合液中,随后在6000r/min-15000r/min下离心处理得到凝胶;将凝胶干燥得到粉末,将粉末球磨后在700-850℃下焙烧2-4h。本发明提供的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法工艺简单,操作方便,能够大规模的生产制备具有优异性能的镍钴锰酸锂三元材料。此外本发明还涉及上述镍钴锰酸锂三元材料的制备方法制备得到的镍钴锰酸锂三元材料,其具有优异的循环性能,可作为正极材料应用于锂电池中。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的镍钴锰酸锂三元材料及其制备方法进行具体说明。
一种镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其是由以下步骤制备得到:
将镍盐、钴盐、锰盐和锂盐溶于溶剂中混合得到混合液;镍盐、钴盐、锰盐优选为水溶性的盐;溶剂优选为去离子水;优选的,镍盐、钴盐、锰盐和锂盐中镍、钴、锰、锂的摩尔比为3-4:1-2:1-2:6-10。
将壳聚糖的乙酸溶液滴入到搅拌的混合液中,随后在6000r/min-15000r/min下离心处理得到凝胶;优选的,将壳聚糖的乙酸溶液滴入到搅拌的混合液中后,使用氨水调节混合液的pH为7-9;优选的,壳聚糖的乙酸溶液中壳聚糖和乙酸的用量比为1-3g:30-50ml;优选的,混合液中壳聚糖和镍的的用量比为10-100g:1mol;优选的,离心处理的时间为1-3h;优选的,在离心处理的同时进行微波加热;优选的,在离心处理的同时微波加热至50-60℃。
将凝胶干燥得到粉末,将粉末球磨后在700-850℃下焙烧2-4h;优选的,球磨是在80-150r/min下球磨45-120min;优选的,焙烧在惰性气体环境下进行;惰性气体优选为氮气或氩气;优选的,凝胶干燥前用水或有机溶剂洗涤至少一次。
本发明实施例提供的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法首先将镍盐、钴盐、锰盐和锂盐按配比溶解后混合得到混合液,随后将壳聚糖的乙酸溶液加入到混合液中高速离心处理,得到分散均匀的凝胶,最后将该凝胶干燥后球磨分散均匀、焙烧得到成品,不仅工艺简单、操作方便,且能够将原料充分的混合均一,得到具有优异循环性能的镍钴锰酸锂三元材料。
本发明还提供了一种镍钴锰酸锂三元材料,其是采用上述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法制备得到,其结构稳定且粒径均匀,具有优异的循环性能,适合作为锂电池的正极材料。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种镍钴锰酸锂三元材料,其是采用以下步骤制备得到:
S11、按4:2:2:10的摩尔比称取硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和碳酸锂;将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和碳酸锂分别溶于去离子水中后混合得到混合液。
S12、将壳聚糖和乙酸按3g:45ml的配比混合均匀得到壳聚糖的乙酸溶液,将壳聚糖的乙酸溶液滴入到以30r/min搅拌的混合液中,使混合液中壳聚糖和镍的的用量比为45g:1mol,使用氨水调节混合液的pH为8.5,随后在9000r/min下离心处理1.5h得到凝胶。
S13、将凝胶在50℃下干燥得到粉末,将粉末在120r/min下球磨60min后在820℃下的氮气环境中焙烧2.5h。
实施例2
本实施例提供了一种镍钴锰酸锂三元材料,其是采用以下步骤制备得到:
S21、按3.5:1.5:1.5:7.5的摩尔比称取硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和碳酸锂;将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和碳酸锂分别溶于去离子水中后混合得到混合液。
S22、将壳聚糖和乙酸按2g:30ml的配比混合均匀得到壳聚糖的乙酸溶液,将壳聚糖的乙酸溶液滴入到以60r/min搅拌的混合液中,使混合液中壳聚糖和镍的的用量比为65g:1mol,使用氨水调节混合液的pH为8.1,随后在12000r/min下离心处理2h得到凝胶。
S23、将凝胶在60℃下干燥得到粉末,将粉末在100r/min下球磨90min后在750℃下的氮气环境中焙烧3.5h。
实施例3
本实施例提供了一种镍钴锰酸锂三元材料,其是采用以下步骤制备得到:
S31、按3:1.1:1.1:6.5的摩尔比称取硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和碳酸锂;将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和碳酸锂分别溶于去离子水中后混合得到混合液。
S32、将壳聚糖和乙酸按2.5g:40ml的配比混合均匀得到壳聚糖的乙酸溶液,将壳聚糖的乙酸溶液滴入到以40r/min搅拌的混合液中,使混合液中壳聚糖和镍的的用量比为75g:1mol,使用氨水调节混合液的pH为7.3,随后在6500r/min下离心处理3h得到凝胶,在离心处理的同时微波加热混合液至55℃。
S33、将凝胶在55℃下干燥得到粉末,将粉末在85r/min下球磨110min后在780℃下的氮气环境中焙烧3h。
实施例4
本实施例提供了一种镍钴锰酸锂三元材料,其是采用以下步骤制备得到:
S41、按3.5:1.3:1.3:8.5的摩尔比称取硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和碳酸锂;将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和碳酸锂分别溶于去离子水中后混合得到混合液。
S42、将壳聚糖和乙酸按1.5g:35ml的配比混合均匀得到壳聚糖的乙酸溶液,将壳聚糖的乙酸溶液滴入到以60r/min搅拌的混合液中,使混合液中壳聚糖和镍的的用量比为85g:1mol,使用氨水调节混合液的pH为8.7,随后在12500r/min下离心处理2.5h得到凝胶,在离心处理的同时将混合液微波加热至60℃。
将本实施例1-4制备得到的镍钴锰酸锂三元材料制备成正极材料以1C倍率进行100次充放电循环测试,其容量保持率均在90%以上,表明其具有优异的循环性能。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,其是由以下步骤制备得到:
将镍盐、钴盐、锰盐和锂盐溶于溶剂中混合得到混合液;
将壳聚糖的乙酸溶液滴入到搅拌的所述混合液中,随后在6000r/min-15000r/min下离心处理得到凝胶;
将所述凝胶干燥得到粉末,将所述粉末球磨后在700-850℃下焙烧2-4h。
2.根据权利要求1所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,所述镍盐、所述钴盐、所述锰盐和所述锂盐中镍、钴、锰、锂的摩尔比为3-4:1-2:1-2:6-10。
3.根据权利要求1所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,将所述壳聚糖的乙酸溶液滴入到搅拌的所述混合液中后,使用氨水调节所述混合液的pH为7-9。
4.根据权利要求1所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,所述壳聚糖的乙酸溶液中所述壳聚糖和所述乙酸的用量比为1-3g:30-50ml。
5.根据权利要求4所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,所述混合液中所述壳聚糖和所述镍的的用量比为10-100g:1mol。
6.根据权利要求1所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,在所述离心处理的同时进行微波加热。
7.根据权利要求6所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,在所述离心处理的同时微波加热至50-60℃。
8.根据权利要求6所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,所述球磨是在80-150r/min下球磨45-120min。
9.根据权利要求6所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法,其特征在于,所述焙烧在惰性气体环境下进行。
10.一种镍钴锰酸锂三元材料,其特征在于,其是采用如权利要求1-9中任一项所述的镍钴锰酸锂三元材料的制备方法制备得到。
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