CN110021742A - 一种镍钴锰酸锂复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种镍钴锰酸锂复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种镍钴锰酸锂复合材料，其包括811镍钴锰酸锂材料和聚氨酯材料，聚氨酯材料包裹在811镍钴锰酸锂材料的表面，聚氨酯材料的质量为811镍钴锰酸锂材料的质量的0.18‑4.5％。本发明还提供了一种镍钴锰酸锂复合材料的制备方法。本发明相较于现有技术能够改善镍钴锰酸锂易吸水的问题，并且易于实现规模化工业生产，可以解决电池加工难的问题。

Description

一种镍钴锰酸锂复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体而言，涉及一种镍钴锰酸锂复合材料及其制备方法。
背景技术
作为目前最主流的锂离子电池材料，三元材料被认为是未来的发展趋势，随着新能源汽车市场的不断发展，对于电池的续航能力以及比能量的要求不断提高，高镍三元材料中也在不断提高镍的比例。
同时，随着三元锂电池新能源汽车政策对于能量密度的要求，三元锂电池将是市场的必然选择，而要在2020实现单体能量密度350wh/kg，三元811体系就显得尤为重要；另外，钴作为稀缺资源，三元811中所需钴的比例相对较少，受钴价波动影响较小。
然而，NCM811材料存在着易吸水、电池加工难的问题，因而制约了NCM811材料拥有高能量密度，同时使得NCM811材料具有一定的安全隐患。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种镍钴锰酸锂复合材料及其制备方法，旨在解决现有的镍钴锰酸锂材料所存在的易吸水、电池加工难的问题。
为此，一方面，本发明提供了一种镍钴锰酸锂复合材料，其包括811镍钴锰酸锂材料和聚氨酯材料，聚氨酯材料包裹在811镍钴锰酸锂材料的表面，聚氨酯材料的质量为811镍钴锰酸锂材料的质量的0.18-4.5％。
进一步地，上述聚氨酯材料的质量为镍钴锰酸锂的质量的0.8-3.5％。
进一步地，上述811镍钴锰酸锂材料中，锂源为碳酸锂，镍源为碳酸镍，锰源为硝酸锰，钴源为四氧化三钴。
另一方面，本发明提供了一种镍钴锰酸锂复合材料的制备方法，其包括以下制备步骤：将811镍钴锰酸锂材料在溶解聚氨酯材料的溶液中匀速搅拌，聚氨酯材料的质量为811镍钴锰酸锂材料的质量的0.18-4.5％，干燥后进行煅烧，得到的一种镍钴锰酸锂复合材料。
进一步地，干燥后在氮气环境和200-450℃的条件下煅烧1-8h，得到的一种镍钴锰酸锂复合材料。
进一步地，上述聚氨酯材料的质量为镍钴锰酸锂的质量的0.8-3.5％。
进一步地，包括以下步骤：
1)将锂源、镍源、锰源和钴源按照Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2中各元素的化学计量比称量在乙醇中球磨2.5-4.5h后，在纯氧环境和400-550℃的条件下煅烧1-6h，冷却后得到复合物；
2)将复合物在纯净水中球磨1.5-4.5h后，在100-250℃的温度条件下闪蒸干燥，再在纯氧环境和500-700℃的条件下煅烧1-8h，最后得到811镍钴锰酸锂材料。
进一步地，上述步骤1)中，通过喷雾冷却得到复合物。
本发明所提供的一种镍钴锰酸锂复合材料及其制备方法，由于聚氨酯材料包裹在811镍钴锰酸锂表面，聚氨酯材料可以将镍钴锰酸锂与外界分离开来，因此相对于传统的镍钴锰酸锂材料，这种镍钴锰酸锂复合材料能够改善镍钴锰酸锂易吸水的问题；此外，整个镍钴锰酸锂Li复合材料的制备工艺过程操作简单，易于实现规模化工业生产，可以解决电池加工难的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种镍钴锰酸锂复合材料的制备流程图；
图2为本发明实施例提供的一种镍钴锰酸锂复合材料的修饰前后XRD及形貌对比图；
图3为本发明实施例提供的一种镍钴锰酸锂复合材料的修饰前后与水及电解液的相容性对比图；
图4为本发明实施例提供的一种镍钴锰酸锂复合材料的修饰前后的高温、常温循环对比图；
图5为本发明实施例提供的一种镍钴锰酸锂复合材料的0.2C放电曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
以下实施例中所用的仪器包括：
砂磨机，型号为CMSD2000，生产厂家为上海依肯机械设备有限公司；
旋转闪蒸干燥机，型号为XSG，生产厂家为常州市和正干燥设备有限公司；
管式箱式炉，型号为JD-10-12TC，生产厂家为苏州江东精密仪器有限公司；
空气箱式炉，型号为NA 250/45，生产厂家为Conrad Naber公司。
实施例一：
结合图1所示，将26.85g碳酸锂、64.07g碳酸镍，7.8g硝酸锰，8.2g四氧化三钴，混合后加入500mL乙醇在搅拌磨中，搅拌2.5h；将得到的混合浆料在鼓风干燥箱中进行闪蒸干燥，然后在氧气中进行一次煅烧，一次煅烧温度为400℃，时间为4.5h，冷却后得到前驱复合体；
将得到的前驱复合体在高速砂磨机中二次球磨进行微化处理，球磨时间为3.5h；将砂磨后的浆料进行闪蒸干燥，闪蒸干燥的温度为120℃；再在氧气中进行二次煅烧，温度为700℃，时间为7h，得到镍钴锰酸锂材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)02。
将得到的811镍钴锰酸锂材料在溶解聚氨酯材料的丙酮溶液中搅拌，得到的混合液在鼓风干燥箱中进行干燥；干燥后在氮气中进行三次煅烧，温度为400℃，时间为4h，得到镍钴锰酸锂Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)02复合材料。
实施例二：
其他与实施例一所述内容相同，不同之处在于，在搅拌磨中球磨4.5h，一次煅烧温度为550℃，时间为1h；二次球磨时间为1.5h；闪蒸干燥的温度为250℃；二次煅烧的温度为500℃，时间为3h；
将得到的镍钴锰酸锂材料在溶解聚氨酯材料的丙酮溶液中搅拌，得到的混合液在鼓风干燥箱中进行干燥。干燥后在氮气中进行三次煅烧，温度为450℃，时间为6h，得到镍钴锰酸锂Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)02复合材料。
如图2所示，所得到的镍钴锰酸锂复合材料在修饰后的XRD及形貌上具有明显改善。
如图3所示，所得到的镍钴锰酸锂复合材料在修饰后与水及电解液的相容性上有明显改善。
如图4所示，所得到的镍钴锰酸锂复合材料在修饰后的容量上明显更为稳定；如图5所示，将得到的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)02复合材料进行0.2C充放电，容量可达200mAh/g。
因此，本实施例所提供的一种镍钴锰酸锂复合材料及其制备方法，由于聚氨酯材料包裹在811镍钴锰酸锂表面，聚氨酯材料可以将镍钴锰酸锂与外界分离开来，因此相对于传统的镍钴锰酸锂材料，这种镍钴锰酸锂复合材料能够改善镍钴锰酸锂易吸水的问题；此外，整个镍钴锰酸锂Li复合材料的制备工艺过程操作简单，易于实现规模化工业生产，可以解决电池加工难的问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种镍钴锰酸锂复合材料，其特征在于，包括811镍钴锰酸锂材料和聚氨酯材料，所述聚氨酯材料包裹在所述811镍钴锰酸锂材料的表面，所述聚氨酯材料的质量为所述811镍钴锰酸锂材料的质量的0.18-4.5％。
2.根据权利要求1所述的一种镍钴锰酸锂复合材料，其特征在于，所述聚氨酯材料的质量为所述镍钴锰酸锂的质量的0.8-3.5％。
3.根据权利要求1所述的一种镍钴锰酸锂复合材料，其特征在于，所述811镍钴锰酸锂材料中，锂源为碳酸锂，镍源为碳酸镍，锰源为硝酸锰，钴源为四氧化三钴。
4.一种镍钴锰酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：将811镍钴锰酸锂材料在溶解聚氨酯材料的溶液中匀速搅拌，所述聚氨酯材料的质量为所述811镍钴锰酸锂材料的质量的0.18-4.5％，干燥后进行煅烧，得到所述的一种镍钴锰酸锂复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种镍钴锰酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，干燥后在氮气环境和200-450℃的条件下煅烧1-8h，得到所述的一种镍钴锰酸锂复合材料。
6.根据权利要求4所述的一种镍钴锰酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯材料的质量为所述镍钴锰酸锂的质量的0.8-3.5％。
7.根据权利要求4所述的一种镍钴锰酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将锂源、镍源、锰源和钴源按照Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2中各元素的化学计量比称量在乙醇中球磨2.5-4.5h后，在纯氧环境和400-550℃的条件下煅烧1-6h，冷却后得到复合物；
2)将所述复合物在纯净水中球磨1.5-4.5h后，在100-250℃的温度条件下闪蒸干燥，再在纯氧环境和500-700℃的条件下煅烧1-8h，最后得到所述811镍钴锰酸锂材料。
8.根据权利要求7所述的一种镍钴锰酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，通过喷雾冷却得到所述复合物。
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