CN113161537B - 高镍材料及其制备方法与应用 - Google Patents

高镍材料及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113161537B
CN113161537B CN202110349086.9A CN202110349086A CN113161537B CN 113161537 B CN113161537 B CN 113161537B CN 202110349086 A CN202110349086 A CN 202110349086A CN 113161537 B CN113161537 B CN 113161537B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nickel
solution
metal salt
lithium
weighing
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.)
Active
Application number
CN202110349086.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113161537A (zh
Inventor
李伟善
吴宾鸿
陈敏
陈灵
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.)
South China Normal University
Original Assignee
South China Normal 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 South China Normal University filed Critical South China Normal University
Priority to CN202110349086.9A priority Critical patent/CN113161537B/zh
Publication of CN113161537A publication Critical patent/CN113161537A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113161537B publication Critical patent/CN113161537B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高镍材料及其制备方法与应用。所述高镍材料的化学式为LiMO2,其中M是指NixCoyMnz,x=0.6~0.7,y=0.07~0.09,z=0.2~0.3;所述正极材料的结构中包含C2/m晶体结构。上述高镍材料,通过合理控制材料中的镍、钴与锰的摩尔比,在结构中引入C2/m晶体结构,使其在充电过程中,过渡金属层中产生少许空位点,该位点为混排到锂层中的镍迁移回过渡金属层提供了空间,从而降低锂镍混排的程度。比起传统抑制锂镍混排的方法,该高镍材料能够在充电过程中抑制并降低锂镍混排程度,同时,该高镍材料在合成时结晶性良好,电化学性能(如循环保持率)有很大的提高。

Description

高镍材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池材料技术领域,具体涉及一种高镍材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着社会的发展,人类对能源的需求日益增长,对应的化石燃料消耗量也逐年增加,因此造成环境污染的程度也很严重,人们对经济增长以及生态环境保护需求的矛盾也日益突出。为此,人类需要开发清洁的可持续能源。锂离子电池作为一种提供清洁环保、高能量密度的能源载体,近几十年来备受关注。其中,正极材料作为锂离子电池中最重要的材料之一,研究其性能也迫在眉睫。
在锂离子电池正极材料中,高镍材料LiMO2(M=NixCoyMnz,其中x≥0.5)因其能量密度高、成本相对便宜而引起研究者们的相继研究。高镍材料LiMO2在电压范围为2.8V~4.3V时可以达到约170mAh/g的比容量,在2.8V~4.5V高电压范围下,其比容量甚至可以达到210mAh/g以上。然而传统的高镍材料LiMO2在合成以及循环过程中容易出现锂镍混排现象从而损害循环性能,在高电压下更甚。因此人们研究各种方法以抑制高镍材料的锂镍混排,其中较为常见的有元素掺杂、包覆等。
如有方法公开一种单晶三元正极材料,其制原料中包含阳离子添加剂,具体为铱源、钇源、碲源、铟源或镓源中的任意一种或至少两种的组合,通过添加上述阳离子添加剂形成阳离子Ir3+、Y3+、Te4+、In3+、Ga3+等阳离子掺杂的单晶三元正极材料,由此减少锂镍混排,控制材料晶面的定向生长,抑制晶面与空气中CO2和H2O的吸附作用与反应活性。
另有方法公开一种三元正极材料的制备方法,先将镍钴锰前驱体、锂源、添加剂混合、煅烧,得到三元正极材料,然后与碳酸锆铵溶液混合后干燥、煅烧,形成锆包覆的三元正极材料,该三元材料内部结构锂镍混排程度轻微,材料内部层状结构稳定,锂离子脱嵌可逆程度高。
还有方法公开一种调整锂源成分和配比来氧化改性高镍三元正极材料的方法,其通过调整锂源的成分和配比,以适当比例引入氧化性锂盐,与主体锂盐进行分散混合均匀,在后续的混锂煅烧过程能够推动氧化反应,提升Ni2+氧化至Ni3+的比例,减小了材料的锂镍混排程度,制备了具有良好层状结构的三元材料。
但是这些方法对于实现在充放电过程中抑制锂镍混排的结果并不理想,难以有效提升循环稳定性。因此,如何有效抑制高镍正极材料锂镍混排是提高锂离子电池性能的重点研究方向之一。
发明内容
基于此,本发明提供一种高镍材料及其制备方法与应用。该高镍材料能够在充电过程中抑制原位抑制高镍材料锂镍混排,优化锂离子电池性能。
本发明的又一方面,提供一种高镍材料,所述高镍材料的化学式为LiMO2,其中M是指NixCoyMnz,x=0.6~0.7,y=0.07~0.09,z=0.2~0.3;
所述高镍材料的结构中包含C2/m晶体结构。
本发明的又一方面,提供一种高镍材料的制备方法,包括如下步骤:
按照镍、钴与锰的摩尔比为(0.6~0.7):(0.07~0.09):(0.2~0.3)称取镍源、钴源与锰源,加入溶剂溶解,制备金属盐溶液;
使氢氧化物和所述金属盐溶液进行反应,收集反应生成的沉淀物并干燥;
将干燥后的所述沉淀物与氢氧化锂混合,所得混合物进行烧结处理。
在其中一个实施例中,烧结处理是指先于温度为450℃~550℃的纯氧气氛条件下预烧3h~7h,再于温度为750℃~850℃条件下煅烧10h~15h。
在其中一个实施例中,烧结处理是指先于温度为490℃~510℃的纯氧气氛条件下预烧3h~7h,再于温度为770℃~810℃条件下煅烧10h~15h。
在其中一个实施例中,使氢氧化物和所述金属盐溶液进行反应是指将氢氧化物和所述金属盐溶液加入至pH值为11~12的缓冲液中进行反应。
在其中一个实施例中,反应是指氢氧化物和所述金属盐溶液加入完毕后,在温度为45℃~55℃条件下下搅拌10h~15h。
在其中一个实施例中,干燥是指在温度为100℃~150℃条件下真空干燥10h~15h。
在其中一个实施例中,所述氢氧化物中氢氧根离子的摩尔量为镍、钴与锰总摩尔量的1.8倍~2.2倍。
在其中一个实施例中,所述氢氧化锂中氢氧根离子的摩尔量为镍、钴与锰总摩尔量的1倍~1.5倍。
本发明的又一方面,还提供如上所述的高镍材料,或如上所述制备方法制备得到的高镍材料在锂离子电池正极材料中的应用。
本发明的又一方面,还提供一种锂离子电池,包括正极、电解质和负极;其中,所述正极的材料包括如上所述的高镍材料,或如上所述制备方法制备得到的高镍材料。
与现有技术相比较,本发明具有如下有益效果:
本发明通过研究发现,通过合理控制材料中的镍、钴与锰的摩尔比,在结构中引入C2/m晶体结构,由此制备得到的高镍材料,能够较为明显地在充电过程中抑制高镍材料的锂镍混排,且能够实现对锂镍混排的原位抑制,无需特别引入掺杂离子或进行元素包覆,同时,还有效提升了高镍材料的倍率性能以及循环稳定性。
附图说明
图1是实施例1所制备的原位抑制高镍材料锂镍混排功能材料的SEM图;
图2是对比例所制备的高镍材料的SEM图;
图3是实施例1所制备的原位抑制高镍材料锂镍混排功能材料以及循环200圈的TEM图;
图4是对比例所制备的高镍材料以及循环200圈的TEM图;
图5是实施例1制备的原位抑制高镍材料锂镍混排功能材料和对比例所得高镍材料制作的锂离子电池的循环稳定性对比图;
图6是实施例2~5所制备的原位抑制高镍材料锂镍混排功能材料的SEM图;
图7是实施例2~5制备的原位抑制高镍材料锂镍混排功能材料制作的锂离子电池的循环稳定性对比图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的高镍材料及其制备方法与应用作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
C2/m晶体结构是指:高镍正极材料中的过渡金属层中存在有序排列的锂离子,每隔两个过渡金属离子就有一个锂离子,每个锂离子被周围六个过渡金属离子环绕。
本发明提供一种高镍材料,高镍材料的化学式为LiMO2,其中M是指NixCoyMnz,x=0.6~0.7,y=0.07~0.09,z=0.2~0.3;高镍材料的结构中包含C2/m晶体结构。
上述高镍材料,通过合理控制材料中的镍、钴与锰的摩尔比,在结构中引入C2/m晶体结构,使其在充电过程中,过渡金属层中产生少许空位点,该位点为混排到锂层中的镍迁移回过渡金属层提供了空间,从而降低锂镍混排的程度。比起传统抑制锂镍混排的方法,该高镍材料能够在充电过程中抑制并降低锂镍混排程度,同时,该高镍材料在合成时结晶性良好,电化学性能(如循环保持率)有很大的提高。
在其中一个具体的示例中,x=0.62~0.66,y=0.078~0.082,z=0.26~0.3。
在其中一个具体的示例中,x=0.64,y=0.08,z=0.28。即M是指Ni0.64Co0.08Mn0.28
本发明还提供一种高镍材料的制备方法,包括如下步骤:
按照镍、钴与锰的摩尔比为(0.6~0.7):(0.07~0.09):(0.2~0.3)称取镍源、钴源与锰源,加入溶剂溶解,制备金属盐溶液;
使氢氧化物和所述金属盐溶液进行反应,收集反应生成的沉淀物并干燥;
将干燥后的所述沉淀物与氢氧化锂混合,所得混合物进行烧结处理。
上述制备方法制备得到的高镍材料的结构中能够形成C2/m晶体结构,有效降低锂镍混排的程度,且比起传统抑制锂镍混排的方法,该制备方法制备得到的高镍材料能够在充电过程中抑制并降低锂镍混排程度。同时,该制备方法制备得到的高镍材料结晶性良好,对电化学性能(如循环保持率)有很大的提高。
另外,该制备方法的反应过程易于实现精准控制,合成的材料中目标产物高镍材料的含量高,杂质少。
在其中一个具体的示例中,按照镍、钴与锰的摩尔比为(0.62~0.66):(0.078~0.082):(0.26~0.3)取镍源、钴源与锰源。
在其中一个具体的示例中,按照镍、钴与锰的摩尔比为0.64:0.08:0.28称取镍源、钴源与锰源。
在其中一个具体的示例中,烧结处理是指先预烧,再煅烧。
进一步地,煅烧是指在温度为750℃~850℃条件下煅烧。更进一步地,煅烧的时间为10h~15h。
具体地,煅烧的温度包括但不限于如下温度:750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃。
具体地,煅烧的时间包括但不限于如下时间:10h、11h、12h、13h、14h、15h。
进一步地,预烧是指在温度为450℃~550℃的纯氧气氛条件下预烧。更进一步地,预烧的时间为3h~7h。
具体地,预烧的温度包括但不限于如下温度:450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃。
具体地,预烧的时间包括但不限于如下时间:3h、4h、5h、6h、7h。
在其中一个具体的示例中,烧结处理是指先于温度为450℃~550℃的纯氧气氛条件下预烧3h~7h,再于温度为750℃~850℃条件下煅烧10h~15h。
在其中一个具体的示例中,烧结处理是指先于温度为490℃~510℃的纯氧气氛条件下预烧3h~7h,再于温度为770℃~810℃条件下煅烧10h~15h。
在其中一个具体的示例中,使氢氧化物和所述金属盐溶液进行反应是指将氢氧化物和所述金属盐溶液加入至pH值为11~12的缓冲液中进行反应。
在其中一个具体的示例中,反应是指氢氧化物和金属盐溶液加入完毕后,在温度为45℃~55℃条件下搅拌10h~15h。
具体地,搅拌的温度包括但不限于如下温度:45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃。
具体地,搅拌的时间包括但不限于如下时间:10h、11h、12h、13h、14h、15h。
在其中一个具体的示例中,干燥是指在温度为100℃~150℃条件下真空干燥10h~15h。
具体地,干燥的温度包括但不限于如下温度:110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、140℃、150℃。
具体地,干燥的时间包括但不限于如下时间:10h、11h、12h、13h、14h、15h。
在其中一个具体的示例中,氢氧化物中氢氧根离子的摩尔量为镍、钴与锰总摩尔量的1.8倍~2.2倍。
在其中一个具体的示例中,氢氧化锂中氢氧根离子的摩尔量为镍、钴与锰总摩尔量的1倍~1.5倍。
在其中一个具体的示例中,氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾等中的至少一种。
在其中一个具体的示例中,镍源选自六水合硫酸镍、六水合硝酸镍等中的至少一种。
在其中一个具体的示例中,钴源选自七水合硫酸钴、六水合硝酸钴等中的至少一种。
在其中一个具体的示例中,锰源选自一水合硫酸锰、四水和硝酸锰等中的至少一种。
在其中一个具体的示例中,pH值为11~12的缓冲液由硫酸铵和氨水配制而成。
在其中一个具体的示例中,氢氧化物和金属盐溶液进行反应是在惰性气体保护下进行。
本发明还提供上述的高镍材料,或上述制备方法制备得到的高镍材料在锂离子电池正极材料中的应用。
本发明还提供一种锂离子电池,包括正极、电解质和负极;其中,正极的材料包括上述的高镍材料,或上述制备方法制备得到的高镍材料。
在其中一个具体的示例中,正极的材料还包括粘结剂和导电剂。
在其中一个具体的示例中,正极的材料中,上述的高镍材料或上述制备方法制备得到的高镍材料,与导电剂、粘结剂的质量比为(7~9):1:1。
在其中一个具体的示例中,粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)。
在其中一个具体的示例中,导电剂为乙炔黑。
在其中一个具体的示例中,负极为金属锂。
实施例1
本实施例的一种原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)称取摩尔比为0.64:0.08:0.28的六水合硫酸镍、七水合硫酸钴和一水合硫酸锰,搅拌溶解均匀,得到金属盐溶液。
(2)称取摩尔量为金属盐总摩尔量两倍的氢氧化钠,搅拌溶解均匀。
(3)称取适量硫酸铵配成溶液,和适量氨水混合形成缓冲溶液,使其pH≈11。
(4)使用蠕动泵将金属盐溶液和氢氧化钠溶液加入到25mL缓冲溶液中,期间不断搅拌,并通氮气保护。金属盐溶液和氢氧化钠溶液滴加完毕后,再继续在50℃下搅拌12h。
(5)对步骤(4)所得悬浊液过滤洗涤,并在120℃下真空干燥12h。
(6)称取金属盐总摩尔量1.2倍的一水合氢氧化锂,与步骤(5)所得的金属氢氧化物混合研磨,并在500℃纯氧气氛围下预烧5h,最后在800℃下煅烧12h,得到原位抑制高镍材料锂镍混排功的高镍正极材料。
实施例2
本实施例的一种原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)称取摩尔比为0.64:0.08:0.28的六水合硫酸镍、七水合硫酸钴和一水合硫酸锰,搅拌溶解均匀,得到金属盐溶液。
(2)称取摩尔量为金属盐总摩尔量两倍的氢氧化钠,搅拌溶解均匀。
(3)称取适量硫酸铵配成溶液,和适量氨水混合形成缓冲溶液,使其pH≈11。
(4)使用蠕动泵将金属盐溶液和氢氧化钠溶液加入到25mL缓冲溶液中,期间不断搅拌,并通氮气保护。金属盐溶液和氢氧化钠溶液滴加完毕后,再继续在50℃下搅拌12h。
(5)对步骤(4)所得悬浊液过滤洗涤,并在120℃下真空干燥12h。
(6)称取金属盐总摩尔量1.2倍的一水合氢氧化锂,与步骤(5)所得的金属氢氧化物混合研磨,并在500℃纯氧气氛围下预烧5h,最后在750℃下煅烧12h,得到原位抑制高镍材料锂镍混排功的高镍正极材料。
实施例3
本实施例的一种原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)称取摩尔比为0.64:0.08:0.28的六水合硫酸镍、七水合硫酸钴和一水合硫酸锰,搅拌溶解均匀,得到金属盐溶液。
(2)称取摩尔量为金属盐总摩尔量两倍的氢氧化钠,搅拌溶解均匀。
(3)称取适量硫酸铵配成溶液,和适量氨水混合形成缓冲溶液,使其pH≈11。
(4)使用蠕动泵将金属盐溶液和氢氧化钠溶液加入到25mL缓冲溶液中,期间不断搅拌,并通氮气保护。金属盐溶液和氢氧化钠溶液滴加完毕后,再继续在50℃下搅拌12h。
(5)对步骤(4)所得悬浊液过滤洗涤,并在120℃下真空干燥12h。
(6)称取金属盐总摩尔量1.2倍的一水合氢氧化锂,与步骤(5)所得的金属氢氧化物混合研磨,并在500℃纯氧气氛围下预烧5h,最后在850℃下煅烧12h,得到原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料。
实施例4
本实施例的一种原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)称取摩尔比为0.64:0.08:0.28的六水合硫酸镍、七水合硫酸钴和一水合硫酸锰,搅拌溶解均匀,得到金属盐溶液。
(2)称取摩尔量为金属盐总摩尔量两倍的氢氧化钠,搅拌溶解均匀。
(3)称取适量硫酸铵配成溶液,和适量氨水混合形成缓冲溶液,使其pH≈11。
(4)使用蠕动泵将金属盐溶液和氢氧化钠溶液加入到25mL缓冲溶液中,期间不断搅拌,并通氮气保护。金属盐溶液和氢氧化钠溶液滴加完毕后,再继续在50℃下搅拌12h。
(5)对步骤(4)所得悬浊液过滤洗涤,并在120℃下真空干燥12h。
(6)称取金属盐总摩尔量1.2倍的一水合氢氧化锂,与步骤(5)所得的金属氢氧化物混合研磨,并在450℃纯氧气氛围下预烧5h,最后在800℃下煅烧12h,得到原位抑制高镍材料锂镍混排功的高镍正极材料。
实施例5
本实施例的一种原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)称取摩尔比为0.64:0.08:0.28的六水合硫酸镍、七水合硫酸钴和一水合硫酸锰,搅拌溶解均匀,得到金属盐溶液。
(2)称取摩尔量为金属盐总摩尔量两倍的氢氧化钠,搅拌溶解均匀。
(3)称取适量硫酸铵配成溶液,和适量氨水混合形成缓冲溶液,使其pH≈11。
(4)使用蠕动泵将金属盐溶液和氢氧化钠溶液加入到缓冲溶液中,期间不断搅拌,并通氮气保护。金属盐溶液和氢氧化钠溶液滴加完毕后,再继续在50℃下搅拌12h。
(5)对步骤(4)所得悬浊液过滤洗涤,并在120℃下真空干燥12h。
(6)称取金属盐总摩尔量1.2倍的一水合氢氧化锂,与步骤(5)所得的金属氢氧化物混合研磨,并在550℃纯氧气氛围下预烧5h,最后在800℃下煅烧12h,得到原位抑制高镍材料锂镍混排功的高镍正极材料。
对比例
本对比例的一种高镍正极材料的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)称取摩尔比为8:1:1的六水合硫酸镍、七水合硫酸钴和一水合硫酸锰,搅拌溶解均匀,得到金属盐溶液。
(2)称取摩尔量为金属盐总摩尔量两倍的氢氧化钠,搅拌溶解均匀。
(3)称取适量硫酸铵配成溶液,和适量氨水混合形成缓冲溶液,使其pH≈11。
(4)使用蠕动泵将金属盐溶液和氢氧化钠溶液加入到缓冲溶液中,期间不断搅拌,并通氮气保护。金属盐溶液和氢氧化钠溶液滴加完毕后,再继续在50℃下搅拌12h。
(5)对步骤(4)所得悬浊液过滤洗涤,并在120℃下真空干燥12h。
(6)称取金属盐总摩尔量1.2倍的一水合氢氧化锂,与步骤(5)所得的金属氢氧化物混合研磨,并在500℃纯氧气氛围下预烧5h,最后在800℃下煅烧12h,得到高镍正极材料。
对实施例和对比例的高镍正极材料进行形貌鉴定和理化性能测试:
(1)半电池组装:将实施例1制备的原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料和对比例所得的高镍正极材料,分别与乙炔黑和PVDF按质量比8:1:1进行制浆并涂布在集流体上,作为正极,以金属锂片为负极组装成半电池,电解质为有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)与碳酸二乙酯(DEC)按照3:7的质量比混合而成。
(2)充放电测试:将实施例1制备的原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料和对比例所得的高镍正极材料,制作的锂离子电池,前三圈循环使用0.1C活化,第4~200圈使用0.3C进行充放电循环。
图1是实施例1制备的原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料的SEM图。由图1可以看出该方法合成出来的原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料二次颗粒直径8μm左右,组成二次颗粒的一次颗粒直径大小200nm~500nm。
图2是对比例制备的高镍材料的SEM图。由图2可以看出该方法合成出来的高镍材料二次颗粒直径8μm左右,组成二次颗粒的一次颗粒直径大小200nm~600nm。
图3是实施例1所制备的原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料的TEM图。由图3可以看出该材料在高镍材料的结构基础上成功地引入了C2/m结构。在经过200圈循环后,相变层极薄,锂镍混排程度极低。
图4是对比例所制备的高镍材料的TEM图。由图4可以看出该材料主要结构为R/3m。在经过200圈循环后,材料大部分发生相变,锂镍混排程度极高。
图5是实施例1制备的原位抑制高镍材料锂镍混排功能材料和对比例所得高镍材料制作的锂离子电池的循环稳定性对比图。由图5可知实施例1的原位抑制高镍材料锂镍混排的高镍正极材料在经历200圈循环后,循环保持率高达92%,而高镍材料仅有68%。
图6是实施例2~5的SEM图。由图6a可以看出500℃预烧750℃煅烧的材料一次颗粒较小,表面粗糙,结晶性较差;由图6b可以看出500℃预烧850℃煅烧的材料一次颗粒较大,粒径大小超过1μm;由图6c可以看出450℃预烧800℃煅烧的材料表面粗糙,颗粒大小不均匀;由图6d可以看出550℃预烧800℃煅烧的材料大小较均匀,粒径大小0.5μm~1μm。
图7是实施例2~5制备的原位抑制高镍材料锂镍混排功能材料制作的锂离子电池的循环稳定性对比图。由图可知循环稳定性均不如实施例1。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种高镍材料,其特征在于,所述高镍材料的化学式为LiMO2,其中M是指NixCoyMnz,x=0.64,y=0.08,z=0.28;
所述高镍材料的结构中包含C2/m晶体结构;
所述高镍材料由包括如下步骤的方法制备得到:
称取摩尔比为0.64:0.08:0.28的六水合硫酸镍、七水合硫酸钴和一水合硫酸锰,搅拌溶解均匀,得到金属盐溶液;
称取摩尔量为金属盐总摩尔量两倍的氢氧化钠,搅拌溶解均匀;
称取适量硫酸铵配成溶液,和适量氨水混合形成缓冲溶液,使其pH≈11;
将所述金属盐溶液和所述氢氧化钠溶液加入到25mL所述缓冲溶液中,期间不断搅拌,并通氮气保护;所述金属盐溶液和所述氢氧化钠溶液滴加完毕后,再继续在50℃下搅拌12h,过滤洗涤,收集沉淀物,并将所述沉淀物置于120℃下真空干燥12h;
称取金属盐总摩尔量1.2倍的一水合氢氧化锂,与干燥后的所述沉淀物混合研磨,并在500℃纯氧气氛围下预烧5h,然后在800℃下煅烧12h。
2.一种如权利要求1所述的高镍材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
称取摩尔比为0.64:0.08:0.28的六水合硫酸镍、七水合硫酸钴和一水合硫酸锰,搅拌溶解均匀,得到金属盐溶液;
称取摩尔量为金属盐总摩尔量两倍的氢氧化钠,搅拌溶解均匀;
称取适量硫酸铵配成溶液,和适量氨水混合形成缓冲溶液,使其pH≈11;
将所述金属盐溶液和所述氢氧化钠溶液加入到25mL所述缓冲溶液中,期间不断搅拌,并通氮气保护;所述金属盐溶液和所述氢氧化钠溶液滴加完毕后,再继续在50℃下搅拌12h,过滤洗涤,收集沉淀物,并将所述沉淀物置于120℃下真空干燥12h;
称取金属盐总摩尔量1.2倍的一水合氢氧化锂,与干燥后的所述沉淀物混合研磨,并在500℃纯氧气氛围下预烧5h,然后在800℃下煅烧12h。
3.权利要求1所述的高镍材料作为正极材料的应用。
4.一种锂离子电池,其特征在于,包括正极、电解质和负极;其中,所述正极的材料包括权利要求1所述的高镍材料。
CN202110349086.9A 2021-03-31 2021-03-31 高镍材料及其制备方法与应用 Active CN113161537B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110349086.9A CN113161537B (zh) 2021-03-31 2021-03-31 高镍材料及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110349086.9A CN113161537B (zh) 2021-03-31 2021-03-31 高镍材料及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113161537A CN113161537A (zh) 2021-07-23
CN113161537B true CN113161537B (zh) 2022-06-21

Family

ID=76885766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110349086.9A Active CN113161537B (zh) 2021-03-31 2021-03-31 高镍材料及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113161537B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019149222A (ja) * 2016-07-14 2019-09-05 株式会社Gsユアサ 非水電解質二次電池用正極活物質、遷移金属水酸化物前駆体、遷移金属水酸化物前駆体の製造方法、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法、非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10044030B2 (en) * 2014-07-18 2018-08-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Composite positive electrode active material positive electrode including the same, and lithium battery including the positive electrode
CN108511707A (zh) * 2018-03-14 2018-09-07 成都新柯力化工科技有限公司 一种低混排高镍三元锂电池正极材料的制备方法
CN108336344A (zh) * 2018-03-19 2018-07-27 成都新柯力化工科技有限公司 一种钠离子掺杂的高镍三元锂电池正极材料及制备方法
CN110581259B (zh) * 2018-06-07 2022-09-06 深圳市贝特瑞纳米科技有限公司 一种分散性好、锂镍混排和残碱低的单晶三元正极材料、其制备方法及用途
CN109704416B (zh) * 2019-01-04 2021-04-06 散裂中子源科学中心 层状结构的LiNi0.69Mn0.23Co0.08O2化合物及其制备方法和应用
CN110034297A (zh) * 2019-03-28 2019-07-19 欣旺达电动汽车电池有限公司 一种高镍锂离子正极材料及其制备方法
CN110265634A (zh) * 2019-05-09 2019-09-20 浙江美都海创锂电科技有限公司 一种单晶高镍ncm锂离子电池正极材料的制备方法
CN111606362A (zh) * 2020-05-27 2020-09-01 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种助熔剂辅助制备高镍三元材料的方法、得到的产品和用途

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019149222A (ja) * 2016-07-14 2019-09-05 株式会社Gsユアサ 非水電解質二次電池用正極活物質、遷移金属水酸化物前駆体、遷移金属水酸化物前駆体の製造方法、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法、非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Insight into the synergistic effect mechanism between the Li2MO3 phase and the LiMO2 phase (M=Ni, Co, and Mn) in Li- and Mn-rich layered oxide cathode materials;Shiming Zhang等;《Electrochimica Acta》;20180131;第266卷;66-77 *
锂离子电池富锂锰基正极材料的制备与研究;张凯;《中国优秀硕士学位论文全文数据库(工程科技II辑》;20210115;第2021卷(第01期);C042-2701 *
锂离子电池高镍低钴正极材料的研究进展;忽小宇等;《广东化工》;20200825(第16期);19-23 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113161537A (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113060776B (zh) 一种层状无钴正极材料、其制备方法和锂离子电池
WO2023097982A1 (zh) 一种复合正极材料及其制备方法、正极片以及钠离子电池
WO2023097984A1 (zh) 一种正极材料及其制备方法、正极片以及钠离子电池
US7713662B2 (en) Lithium-manganese-based composite oxide containing titanium and nickel
JP5712544B2 (ja) 正極活物質粒子粉末及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池
US8021783B2 (en) Lithium manganese-based composite oxide and method for preparing the same
JP5516926B2 (ja) 規則構造を有する単斜晶系リチウムマンガン系複合酸化物およびその製造方法
KR101470092B1 (ko) 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP5958926B2 (ja) リチウムマンガン系複合酸化物およびその製造方法
JPH05283076A (ja) 非水電解液二次電池およびその正極活物質の製造法
WO2006083069A1 (en) 3v class spinel complex oxides as cathode active materials for lithium secondary batteries, method for preparing the same by carbonate coprecipitation, and lithium secondary batteries using the same
CN105810934A (zh) 一种稳定富锂层状氧化物材料晶畴结构方法
CN111564606A (zh) 一种锂离子电池用包覆型多元正极材料、其制备方法及用途
JP4997609B2 (ja) リチウムマンガン系複合酸化物の製造方法
WO2018117644A1 (ko) 양극활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN110534737A (zh) 一种高倍率掺杂型镍钴锰三元材料及其制备方法
CN115917792A (zh) 含有尖晶石复合固溶体氧化物的正极活性材料及其制备方法和含有该正极活性材料的锂二次电池
JP2013212959A (ja) リチウムマンガン系複合酸化物およびその製造方法
WO2018169004A1 (ja) ニッケルマンガン系複合酸化物及びその製造方法
JP2012091982A (ja) 立方晶岩塩型構造を有するリチウムマンガン系複合酸化物およびその製造方法
WO2018096999A1 (ja) リチウムマンガン系複合酸化物及びその製造方法
CN112624209A (zh) 一种Na-Ti-Mg共掺杂三元材料及制备方法和应用
CN113161537B (zh) 高镍材料及其制备方法与应用
KR20160076037A (ko) 리튬 복합 산화물의 제조 방법, 이에 의하여 제조된 리튬 복합 산화물, 및 이를 포함하는 비수 전해질 이차전지
WO2015172682A1 (zh) 一种多元复合氧化物材料、制备方法及其用途

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant