CN112490418A - 一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112490418A
CN112490418A CN202011221074.XA CN202011221074A CN112490418A CN 112490418 A CN112490418 A CN 112490418A CN 202011221074 A CN202011221074 A CN 202011221074A CN 112490418 A CN112490418 A CN 112490418A
Authority
CN
China
Prior art keywords
source
preparation
nickel ternary
ternary material
doped high
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202011221074.XA
Other languages
English (en)
Inventor
陈东初
戎海波
廖爽
余海军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan University
Original Assignee
Foshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan University filed Critical Foshan University
Priority to CN202011221074.XA priority Critical patent/CN112490418A/zh
Publication of CN112490418A publication Critical patent/CN112490418A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用。通过将Ni源、Co源、Mn源和Al源混合于水中得到预混液，搅拌静置后过滤干燥，得到前驱体；其中，Ni：Co：(Mn+Al)的摩尔比为8:1:1；随后将前驱体与Li源混合于乙醇中，搅拌过滤干燥后置于氧气氛围下，在400～500℃的条件下加热3～7h，然后在740～760℃的条件下加热13～17h，制得该Al掺杂高镍三元材料；其中，Li：(Ni+Co+Mn+Al)的摩尔比为1.05:1。本发明制备方法简单易行，通过掺入Al离子可以减少Ni/Li混排，够提高材料中Ni‑O键的稳定性，减少Ni元素溶解，也有助于减少循环过程中材料晶格中氧气析出，进而改善材料的电化学性能，能够大幅应用在锂离子电池领域中。

Description

一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池具有高容量、高工作电位、低污染及无记忆相应等优点而受到人们关注。目前锂离子电池已在便携式数码电子产品上得到了广泛应用，然而进一步提高电池能量密度以满足人们日益增长的需求是锂离子电池发展的重要趋势。高镍三元材料由于其可逆容量高达200mAh/g，被认为是一种理想的高能量密度锂离子电池正极材料。然而，高镍三元材料的实际应用依然面对巨大挑战，材料中Ni2+与Li+的半径比较接近，因此材料在嵌脱锂过程中容易出现Ni/Li混排的现象，即Li的位置被Ni占据，从而造成电池容量衰减。高镍三元材料在4.1V左右会发生H2-H3的相转变，此过程伴随着晶格氧气析出，进一步造成电解液氧化和过渡金属溶出(比如Ni)，这对材料循环稳定性产生了较大的影响。
发明内容
基于高镍三元材料在实际应用中存在的材料晶格氧气析出的问题以及Ni/Li离子混排现象，本发明的目的是为了提供一种能够解决高镍三元材料晶格氧气析出与离子混排的Al掺杂制备方法，具体通过以下技术方案实现：
一种Al掺杂高镍三元材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将Ni源、Co源、Mn源和Al源混合于水中得到预混液，在pH＝11～12的条件下搅拌1～3h，静置3～5min，过滤、干燥，得到前驱体；其中，Ni：Co：(Mn+Al)的摩尔比为8:1:1；
步骤二、将所述前驱体与Li源混合于乙醇中，搅拌4～6h，过滤、干燥，得到中间产物；将中间产物置于氧气氛围下，在400～500℃的条件下加热3～7h，然后在740～760℃的条件下加热13～17h，制得所述Al掺杂高镍三元材料；其中，Li：(Ni+Co+Mn+Al)的摩尔比为1.05:1。
优选的，所述Li源、所述Ni源、所述Mn源、所述Co源和所述Al源的纯度均大于98％。
优选的，所述Ni源、所述Mn源、所述Co源和所述Al源均为盐酸盐、硫酸盐和硝酸盐中的一种；所述Li源为氢氧化锂。
优选的，上述步骤一中，采用氢氧化钠溶液和氨水的混合溶液将所述预混液的pH调节至11～12。
优选的，所述混合溶液中，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L，氨水的浓度为0.5mol/L。
优选的，上述步骤一和步骤二中的干燥温度为50～70℃，干燥时间为11～13h。
根据上述制备方法制得的Al掺杂高镍三元材料，其分子式为LiNi0.8Co0.1Mn0.1- xAlxO2，x为大于0且不大于0.05的自然数，制得的Al掺杂高镍三元材料在锂离子电池中具有较大的应用前景。
本发明的有益效果为：本发明制备方法简单易行，通过掺入Al离子可以减少Ni/Li混排，够提高材料中Ni-O键的稳定性，减少Ni元素溶解，也有助于减少循环过程中材料晶格中氧气析出，进而改善材料的电化学性能，能够大幅应用在锂离子电池领域中。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
Al掺杂高镍三元正极材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一、Ni0.8Co0.1Mn0.05Al0.05(OH)2前驱体的制备：按照摩尔比Ni：Co：(Mn+Al)为8:1:1(其中Mn：Al＝1:1)的比例称量Ni(NO3)2、Co(NO3)2、Mn(NO3)2、Al(NO3)3作为原料，然后将上述原料加入至去离子水中混合，制得预混液，采用NaOH溶液和氨水调节预混液的pH值至11～12之间，持续搅拌3h，待静止3～5min沉淀后，过滤清洗，取滤渣在鼓风干燥箱下干燥12h，干燥温度为60℃，最后得到Ni0.8Co0.1Mn0.05Al0.05(OH)2前驱体。
步骤二、LiNi0.8Co0.1Mn0.05Al0.05O2的制备：按照Li与Ni+Co+Mn+Al的摩尔比为1.05:1的比例将锂源与步骤一制得的Ni0.8Co0.1Mn0.05Al0.05(OH)2前驱体共同加入至乙醇中分散混合，持续搅拌4h，然后过滤，取滤渣进行干燥，随后置于通有氧气的管式炉中，在450℃的条件下烧结5h，然后在750℃的条件下烧结15h，得到最终产物LiNi0.8Co0.1Mn0.05Al0.05O2。
实施例2：
Al掺杂高镍三元正极材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一、Ni0.8Co0.1Mn0.06Al0.04(OH)2前驱体的制备：按照摩尔比Ni：Co：(Mn+Al)为8:1:1(其中Mn：Al＝3:2)的比例称量Ni(NO3)2、Co(NO3)2、Mn(NO3)2、Al(NO3)3作为原料，然后将上述原料加入至去离子水中混合，制得预混液，采用NaOH溶液和氨水调节预混液的pH值至11～12之间，持续搅拌2h，待静止3～5min沉淀后，过滤清洗，取滤渣在鼓风干燥箱下干燥12h，干燥温度为60℃，最后得到Ni0.8Co0.1Mn0.06Al0.04(OH)2前驱体。
步骤二、LiNi0.8Co0.1Mn0.06Al0.04O2的制备：按照Li与Ni+Co+Mn+Al的摩尔比为1.05:1的比例将锂源与步骤一制得的Ni0.8Co0.1Mn0.06Al0.04(OH)2前驱体共同加入至乙醇中分散混合，持续搅拌5h，然后过滤，取滤渣进行干燥，随后置于通有氧气的管式炉中，在450℃的条件下烧结7h，然后在740℃的条件下烧结16h，得到最终产物LiNi0.8Co0.1Mn0.06Al0.04O2。
实施例3：
Al掺杂高镍三元正极材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一、Ni0.8Co0.1Mn0.07Al0.03(OH)2前驱体的制备：按照摩尔比Ni：Co：(Mn+Al)为8:1:1(其中Mn：Al＝7:3)的比例称量Ni(NO3)2、Co(NO3)2、Mn(NO3)2、Al(NO3)3作为原料，然后将上述原料加入至去离子水中混合，制得预混液，采用NaOH溶液和氨水调节预混液的pH值至11～12之间，持续搅拌1h，待静止3～5min沉淀后，过滤清洗，取滤渣在鼓风干燥箱下干燥12h，干燥温度为60℃，最后得到Ni0.8Co0.1Mn0.07Al0.03(OH)2前驱体。
步骤二、LiNi0.8Co0.1Mn0.07Al0.03O2的制备：按照Li与Ni+Co+Mn+Al的摩尔比为1.05:1的比例将锂源与步骤一制得的Ni0.8Co0.1Mn0.07Al0.03(OH)2前驱体共同加入至乙醇中分散混合，持续搅拌6h，然后过滤，取滤渣进行干燥，随后置于通有氧气的管式炉中，在450℃的条件下烧结3h，然后在760℃的条件下烧结13h，得到最终产物LiNi0.8Co0.1Mn0.07Al0.03O2。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (8)

1.一种Al掺杂高镍三元材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将Ni源、Co源、Mn源和Al源混合于水中得到预混液，在pH＝11～12的条件下搅拌1～3h，静置3～5min，过滤、干燥，得到前驱体；其中，Ni：Co：(Mn+Al)的摩尔比为8:1:1；
步骤二、将所述前驱体与Li源混合于乙醇中，搅拌4～6h，过滤、干燥，得到中间产物；将中间产物置于氧气氛围下，在400～500℃的条件下加热3～7h，然后在740～760℃的条件下加热13～17h，制得所述Al掺杂高镍三元材料；其中，Li：(Ni+Co+Mn+Al)的摩尔比为1.05:1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Li源、所述Ni源、所述Mn源、所述Co源和所述Al源的纯度均大于98％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ni源、所述Mn源、所述Co源和所述Al源均为盐酸盐、硫酸盐和硝酸盐中的一种；所述Li源为氢氧化锂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，采用氢氧化钠溶液和氨水的混合溶液将所述预混液的pH调节至11～12。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L，氨水的浓度为0.5mol/L。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二中的干燥温度为50～70℃，干燥时间为11～13h。
7.一种Al掺杂高镍三元材料，其特征在于，由权利要求1至6任一项所述的制备方法制得，分子式为LiNi0.8Co0.1Mn0.1-xAlxO2，x为大于0且不大于0.05的自然数。
8.权利要求7所述的Al掺杂高镍三元材料在锂离子电池中的应用。
CN202011221074.XA 2020-11-05 2020-11-05 一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用 Withdrawn CN112490418A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011221074.XA CN112490418A (zh) 2020-11-05 2020-11-05 一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011221074.XA CN112490418A (zh) 2020-11-05 2020-11-05 一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112490418A true CN112490418A (zh) 2021-03-12

Family

ID=74928198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011221074.XA Withdrawn CN112490418A (zh) 2020-11-05 2020-11-05 一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112490418A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106711414A (zh) * 2016-12-16 2017-05-24 江南大学 一种锂离子电池811型三元正极改性材料及其制备方法
CN111477867A (zh) * 2020-05-21 2020-07-31 苏州大学 一种锂离子电池高镍三元正极材料的改性方法
CN111634958A (zh) * 2020-06-02 2020-09-08 格林美股份有限公司 一种锂电池用前驱体、锂电池正极材料及其制备方法
AU2020101813A4 (en) * 2020-08-13 2020-10-01 Foshan University Al-doped high-nickel ternary material and preparation method and application thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106711414A (zh) * 2016-12-16 2017-05-24 江南大学 一种锂离子电池811型三元正极改性材料及其制备方法
CN111477867A (zh) * 2020-05-21 2020-07-31 苏州大学 一种锂离子电池高镍三元正极材料的改性方法
CN111634958A (zh) * 2020-06-02 2020-09-08 格林美股份有限公司 一种锂电池用前驱体、锂电池正极材料及其制备方法
AU2020101813A4 (en) * 2020-08-13 2020-10-01 Foshan University Al-doped high-nickel ternary material and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106505193B (zh) 单晶镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN108298599B (zh) 单晶高镍三元材料前驱体及制备方法，单晶高镍三元材料的制备方法
CN101964416B (zh) 锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法及车用锂离子电池
AU2020101817A4 (en) Mg-Zr co-doped high nickel ternary cathode material and preparation method and application thereof
CN112080800A (zh) 单晶三元正极材料的改性方法
CN102569780B (zh) 锂离子电池层状结构正极材料的制备方法
CN109279662A (zh) 一种双离子共掺杂的单晶三元锂离子正极材料及制备方法
CN108946827B (zh) 一种超小粒径镍钴锰氢氧化物及其制备方法
CN103606663B (zh) 一种倍率型富锂复合正极材料及其制备方法
CN114005978B (zh) 一种无钴正极材料及其制备方法和应用
CN109962233A (zh) 一种梯度型的类单晶正极材料及其制备方法
CN114566632B (zh) 一种钠离子电池用的正极材料及其制备方法
CN111029561A (zh) 三元锂电正极材料前驱体及其制备方法、三元锂电正极材料及制备方法和用途
CN112490417A (zh) 一种Mg-Zr共掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用
CN111106343A (zh) 一种镧、氟共掺杂的高镍三元正极材料及其制备方法与应用
CN112758995A (zh) 一种三元正极前驱体及其制备方法和用途
CN114094080B (zh) 一种单晶型富锂层状-尖晶石复合正极材料及其制备方法
CN116504940A (zh) 一种聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法和应用
CN103187564A (zh) 电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备方法
CN111710843A (zh) 一种高压实锂电池正极材料镍钴锰酸锂的制作方法
CN116053445A (zh) 一种高电压p2型层状正极材料及其在钠离子电池中的应用
CN114142010B (zh) 氧化镁、氟化铈复合包覆的锂离子电池正极材料及其制备方法
CN112864392B (zh) 一种加热溶液法制备含掺杂元素的正极材料的方法
CN112490418A (zh) 一种Al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用
CN109616665A (zh) 一种降低镍钴锰酸锂三元正极材料残留碱的制备方法及其产物和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20210312