DE112022000308T5 - Herstellungsverfahren für und verwendung von modifiziertem hochleistungs-lithium-nickel-mangan-cobalt-oxid(lnmco)-nickel-55-material - Google Patents

Herstellungsverfahren für und verwendung von modifiziertem hochleistungs-lithium-nickel-mangan-cobalt-oxid(lnmco)-nickel-55-material Download PDF

Info

Publication number
DE112022000308T5
DE112022000308T5 DE112022000308.1T DE112022000308T DE112022000308T5 DE 112022000308 T5 DE112022000308 T5 DE 112022000308T5 DE 112022000308 T DE112022000308 T DE 112022000308T DE 112022000308 T5 DE112022000308 T5 DE 112022000308T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nickel
precursor
und
lnmco
wurde
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.)
Pending
Application number
DE112022000308.1T
Other languages
English (en)
Inventor
Yinghao Xie
Jianxiao Tang
Xuemei Zhang
Yannan OU
Banglai MING
Haijun YU
Changdong LI
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.)
Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd
Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd
Hunan Bangpu Automobile Circulation Co Ltd
Original Assignee
Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd
Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd
Hunan Bangpu Automobile Circulation Co Ltd
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 Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd, Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd, Hunan Bangpu Automobile Circulation Co Ltd filed Critical Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd
Publication of DE112022000308T5 publication Critical patent/DE112022000308T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00—Compounds of nickel
    • C01G53/40—Nickelates
    • C01G53/42—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C01G53/44—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Die vorliegende Offenbarung offenbart ein Herstellungsverfahren für und eine Verwendung von modifiziertem Hochleistungs-Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid(LNMCO)-Nickel-55-Material und betrifft das Gebiet der Lithium-Ionen-Batterie(LIB)-Materialien. Beim Herstellungsverfahren der vorliegenden Offenbarung wird ein mit einem Polymer beschichteter kieselsäurematrizenhaltiger Nanovorläufer durch Elektrospinnen hergestellt, und danach wird der Nanovorläufer in Luft gesintert, um wirksame Einbettungs- und Anlagerungsstellen für eine nachfolgende Vernickelung zu bieten; und nach der Vernickelung wird die Kieselerdematrize entfernt, sodass verteilte Mesoporen in situ auf dem Vorläufer erzeugt werden. Die Mesoporen stellen Kanäle für das nachfolgende Eindringen von geschmolzenem Lithium in das Innere des Vorläufermaterials bereit. Ein endgültiges hergestelltes Material weist eine bessere Ionen- und Elektronenleitungsstruktur im Vergleich zu herkömmlichen granularen Materialien auf. Die vorliegende Offenbarung offenbart auch ein durch das Verfahren vorbereitetes Material. Das Material weist eine einheitliche Verteilungsmorphologie auf, die das Polarisationsphänomen einer Elektrode während eines elektrochemischen Reaktionsprozesses wirksam reduzieren kann, sodass das Material eine hohe Lade- und Entladekapazität und eine überlegene Zyklisierungsstabilität und Ratenleistung aufweist. Die vorliegende Offenbarung offenbart auch eine LIB, die das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material beinhaltet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Lithium-Ionen-Batterie(LIB)-Materialien und insbesondere ein Herstellungsverfahren für und eine Verwendung von modifiziertem Hochleistungs-Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid(LNMCO)-Nickel-55-Material.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Rahmen von nationalen Richtlinien wurden Fahrzeuge mit neuen Energiekonzepten, insbesondere Elektrofahrzeuge, aufgrund ihrer Vorteile der Energieeinsparung und des Umweltschutzes umfassend gefördert, und es wird erwartet, dass sie Fahrzeuge mit herkömmlichem Kraftstoffantrieb vor Ende dieses Jahrhunderts vollständig ersetzen. Batterien sind der Schlüssel bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen, und unter den Fahrzeugbatterien werden LIB aufgrund ihrer Vorteile wie hoher Sicherheit, hoher spezifischer Kapazität und langer Lade-Entlade-Zyklus-Lebensdauer als einer der vielversprechendsten Leistungsbatterietypen angesehen. Die Auswahl des Kathodenmaterials ist ein Schlüsselfaktor für die Leistungsfähigkeit von LIB.
  • Derzeit enthalten üblicherweise verwendete LIB-Kathodenmaterialien hauptsächlich Lithium-Cobalt-Oxid (LCO), Lithium-Nickel-Oxid (LNO), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) usw. LNMCO ist ein verbessertes ternäres Material mit einem einzigen dotierten Anionmaterial, das eine ausgezeichnete elektrochemische Leistungsfähigkeit, eine stabile Entladespannungsschwelle, einen breiten Arbeitsspannungsbereich und eine hohe Sicherheit aufweist und die Nachteile von LNO, Lithium-Mangan-Oxid (LMO) und LCO wirksam kompensieren kann. Bei bestehenden üblichen Herstellungsverfahren von LNMCO, wie dem Festphasenverfahren oder dem Copräzipitationsverfahren, wird ein Vorläuferrohmaterialpulver hauptsächlich durch Kugelmahlen oder Vermahlen erhalten, deshalb ist es schwierig, eine hinreichende Vermischung der verschiedenen Komponenten zu erzielen, was zu geringer Dispergierbarkeit und Einheitlichkeit führt und auch Mängel am hergestellten Produkt verursacht, wie eine ungleichmäßige Partikelgrößenverteilung, Agglomeration und geringe Reinheit. Darüber hinaus ist der Herstellungsprozess zeitraubend und ineffizient.
  • In der verwandten Technik ist ein Herstellungsverfahren für ein dotiertes und beschichtetes modifiziertes LNMCO-Nickel-55-Material mit hoher Leistungsfähigkeit offenbart, wobei ein Nickel-Mangan-Cobalt-Hydroxid (als Rohmaterial) vorbehandelt und danach chemischer Vernickelung (CNP) und Elementdotierung unterzogen wird, um ein Vorläuferpulver zu erhalten, danach wird das Vorläuferpulver mit geschmolzenem Lithium vermischt und ein resultierendes Gemisch wird einer Hochtemperaturreaktion unterzogen, um ein endgültiges Material zu erhalten. Das erhaltene Material weist eine Beschichtung mit einem Nickelgehaltsgradienten auf, was die Lebensdauer des Materials erhöht; und geschmolzenes Lithium kann tief in den Vorläufer eindringen und reagieren, sodass das Material den gleichen internen und externen Lithiumgehalt aufweist, was eine ungleichmäßige Dotierung vermeidet. Dieses Herstellungsverfahren kann jedoch nur die Gradienten-Nickelverteilung einer CNP-Schicht und eines nickelhaltigen Vorläuferpulvers erzielen. Da das Pulver während der Vernickelung unvermeidlicherweise agglomeriert, kann keine echte Gradientenverteilung von innen nach außen erzielt werden. Da ein Vorläuferkern selbst keinen mesoporösen Raum aufweist, kann Lithium nicht wirklich in das Innere des Vorläufers eindringen. Darüber hinaus ist das erhaltene Material ein Material mit einer eindimensionalen Partikelmorphologie und der Ionen- und Elektronenleitungswirkungsgrad eines derartigen Materials ist gering, was die elektrochemische Stabilität des Endprodukts beeinflusst. Bei der Leistungsfähigkeit des Materials gibt es Verbesserungspotenzial.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Aufgrund der Mängel im Stand der Technik ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Herstellungsverfahren für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material bereitzustellen, wobei ein mesoporöser Vorläufer durch ein Matrizenverfahren in Kombination mit Elektrospinnen hergestellt wird, danach wird ein Vorläufermaterial ohne Matrize schrittweise durch die Kombination von CNP und geschmolzenem Lithium hergestellt, und schließlich wird ein LNMCO-Material mit einer Gradienten-Nickelverteilung von innen nach außen hergestellt.
  • Um die obige Aufgabe zu lösen, wendet die vorliegende Offenbarung die folgenden technischen Lösungen an:
  • Ein Herstellungsverfahren für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material wird bereitgestellt, das die folgenden Schritte beinhaltet:
    1. (1) Auflösen einer Nickelquelle, einer Cobaltquelle und einer Manganquelle in einem Lösungsmittel, Hinzufügen einer Säure, einer organischen Kohlenstoffquelle und Kolloid-Kieselerde und gründliches Mischen eines resultierenden Gemischs, um eine Vorläuferdispergierung A zu erhalten, wobei die organische Kohlenstoffquelle 12 % bis 16 % einer Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmacht; die Kolloid-Kieselerde 30 % bis 60 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmacht; Nickel, Cobalt und Mangan in der Vorläuferdispergierung A ein Molverhältnis von 55:x:(45-x) aufweisen, wobei x < 45; und das Nickel eine Konzentration von 1 mol/l bis 1,2 mol/l in der Vorläuferdispergierung A aufweist;
    2. (2) Herstellen einer Nanomembran aus der in Schritt (1) erhaltenen Vorläuferdispergierung A durch Elektrospinnen und Trocknen, Erwärmen und Inkubieren der Nanomembran, um einen Vorläufer B zu erhalten;
    3. (3) Hinzufügen des in Schritt (2) erhaltenen Vorläufers B zu einer Vernickelungsflüssigkeit und Durchführen von CNP; und Unterziehen eines resultierenden Plattierungsprodukts einer Dichtegradientenzentrifugierung und Sammeln und Reinigen einer festen Oberschicht, um einen Vorläufer C zu erhalten; wobei die Vernickelungsflüssigkeit ein Nickelsalz, einen Komplexbildner und ein Reduktionsmittel enthält und das Nickelsalz eine Massenkonzentration von 30 g/l bis 50 g/l aufweist; und
    4. (4) Tränken des in Schritt (3) erhaltenen Vorläufers C in einer Alkaliflüssigkeit für 24 h bis 48 h und Auswaschen und Trocknen, um einen mesoporösen Vorläufer D zu erhalten; Erwärmen des mesoporösen Vorläufers D auf 600 °C bis 700 °C und gründliches Mischen des mesoporösen Vorläufers D mit geschmolzenem Lithium, sodass diese reagieren, wobei das geschmolzene Lithium eine identische Temperatur wie die des mesoporösen Vorläufers D aufweist; nach Abschluss der Reaktion Erwärmen eines resultierenden Produkts für 0,5 h bis 1 h auf 550 °C bis 700 °C, in einer sauerstoffhaltigen Schutzatmosphäre, sodass es reagiert; und weiteres Reagieren unter Einleitung von Sauerstoff für 2 h bis 5 h und Kühlen, um das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material zu erhalten.
  • Beim Herstellungsverfahren für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material nach der vorliegenden Offenbarung wird ein polymerbeschichteter Nanovorläufer mit Nickel-, Cobalt- und Manganquellen und einer Kieselerdematrize durch Elektrospinnen hergestellt, und danach wird der Nanovorläufer in Luft gesintert (aufgrund der in-situ-Erzeugung von Kieselerde wird die Gesamtstruktur beibehalten, auch nachdem das Polymer entfernt wurde, und Hohlkanäle, die nach dem Ausbrennen des Polymers übrig bleiben, bieten wirksame Einbettungs- und Anlagerungsstellen für eine nachfolgende Vernickelung, sodass das CNP von außen nach innen realisiert werden kann); und nachdem die Vernickelungsschicht durchdringend beschichtet wurde, wird die Kieselerdematrize durch eine Alkaliflüssigkeit entfernt, sodass verteilte Mesoporen in situ auf dem Vorläufer erzeugt werden. Die Mesoporen stellen Kanäle für das nachfolgende Eindringen von geschmolzenem Lithium in das Innere des Vorläufermaterials bereit, sodass ein Nickelgehalt im Inneren des Materials nahe oder gleich dem außerhalb des Materials ist. Ein endgültiges hergestelltes Kathodenmaterial weist eine bessere Ionen- und Elektronenleitungsstruktur im Vergleich zu herkömmlichen granularen Materialien auf. Darüber hinaus weist das Material eine große spezifische Oberfläche (SSA) auf, die das Polarisationsphänomen einer Elektrode während eines elektrochemischen Reaktionsprozesses wirksam reduzieren kann, sodass das Material eine hohe Lade- und Entladekapazität und eine überlegene Zyklisierungsstabilität und Ratenleistung aufweist.
  • Vorzugsweise kann das Lösungsmittel in Schritt (1) entionisiertes Wasser sein; die Nickelquelle kann mindestens eines aus der Gruppe enthalten, die aus Nickelacetat, Nickelnitrat und Nickelcarbonat besteht; die Cobaltquelle kann mindestens eines aus der Gruppe enthalten, die aus Cobaltacetat, Cobaltnitrat und Cobaltcarbonat besteht; die Manganquelle kann mindestens eines aus der Gruppe enthalten, die aus Manganacetat, Mangannitrat und Mangancarbonat besteht; die Säure mindestens entweder Salzsäure und/oder Schwefelsäure enthalten kann; und die organische Kohlenstoffquelle kann mindestens entweder PVP und/oder PVA enthalten.
  • Vorzugsweise kann das Elektrospinnen in Schritt (2) insbesondere beinhalten: Einspritzen der Vorläuferdispergierung A als Spinnflüssigkeit in eine Spritze, Verbinden einer Nadel der Spritze mit einer Elektrode und Einschalten einer Leistungsversorgung, um die Nanomembran mit einem Trommelkollektor als Gegenelektrode herzustellen; und eine Spannung der Leistungsversorgung kann auf 12 kV bis 18 kV festgelegt sein, eine Einspeisegeschwindigkeit der Spritze kann auf 0,5 ml/min bis 0,7 ml/min festgelegt sein, und eine Drehzahl des Trommelkollektors kann auf 20 U/min bis 30 U/min festgelegt sein.
  • Da die in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Vorläuferdispergierung auch Kolloid-Kieselerde enthält, ist eine Viskosität relativ hoch. Falls die Einspeisegeschwindigkeit und die Spannung für das Spinnen zu hoch sind, können die gesponnenen Fasern übermäßig gebogen sein und eine schlechte Gleichförmigkeit aufweisen und ein Teil der aus der Nadel ausgestoßenen Spinnflüssigkeit kann keinen vollständigen Vorläufer bilden (was zu Verschwendung von Rohmaterial führt), oder die Spinnflüssigkeit kann beim Austropfen trocknen und die Nadel verstopfen (was die Produktionseffizienz reduziert). Falls die Einspeisegeschwindigkeit und die Spannung zu gering sind, dauert das Spinnen zu lange und die Dispergierung kann in der Spritze präzipitieren, was auch dazu führt, dass die Nadel der Spritze verstopft wird.
  • Noch bevorzugter kann die Nanomembran in Schritt (2) durch Elektrospinnen mit einer Kollektordistanz von 20 cm bis 30 cm und einer Temperatur von 25 °C bis 28 °C hergestellt werden.
  • In der Kollektordistanz können von der Nadel ausgestoßene Fasern gleichmäßig auf dem Trommelkollektor gesammelt werden. Die strikte Regelung der Reaktionstemperatur auf Zimmertemperatur kann verhindern, dass die ausgestoßene Flüssigkeit an der Nadel trocknet und diese verstopft, und ermöglicht, dass eine Vorläufermembran am Kollektor rasch trocknet und sich setzt.
  • Vorzugsweise kann die Nanomembran in Schritt (2) auf 500 °C bis 650 °C erwärmt werden und danach für 2 h bis 3 h inkubiert werden.
  • Vorzugsweise kann das Nickelsalz in der Vernickelungsflüssigkeit in Schritt (3) mindestens eines aus der Gruppe enthalten, die aus Nickelsulfat, Nickelacetat und Nickelcarbonat besteht, der Komplexbildner kann EDTA sein und das Reduktionsmittel kann Hydrazinhydrat sein; und der Komplexbildner kann eine Massenkonzentration von 15 g/l bis 45 g/l aufweisen und das Reduktionsmittel kann eine Volumenkonzentration von 60 ml/l bis 80 ml/l aufweisen.
  • Noch bevorzugter kann ein pH-Wert der Vernickelungsflüssigkeit auf 11 bis 13 vor der Verwendung mit einem pH-Einstellungsmittel eingestellt werden.
  • Vorzugsweise kann ein Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis des Vorläufers B zur Vernickelungsflüssigkeit für die CNP in Schritt (3) 1 g : (0,8-1,6) ml betragen; und die CNP kann für 15 min bis 20 min bei 80 °C bis 85 °C durchgeführt werden.
  • Noch bevorzugter kann die Dichtegradientenzentrifugierung in Schritt (3) unter Bezugnahme auf einen entsprechenden Schritt in CN109860590B durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise kann das Tränken des Vorläufers C in der Alkaliflüssigkeit in Schritt (4) bei 60 °C bis 90 °C durchgeführt werden, die Alkaliflüssigkeit kann eine Natriumhydroxidlösung sein und die Hydroxidionen in der Alkaliflüssigkeit können eine Molarität von 1 mol/l bis 2 mol/l aufweisen.
  • Noch bevorzugter kann die Alkaliflüssigkeit in Schritt (4) eine Natriumhydroxidlösung sein und der Vorläufer C kann 48 h lang in der Alkaliflüssigkeit getränkt werden; und die Natriumhydroxidlösung kann eine Konzentration von 1 mol/l aufweisen.
  • Da Kieselerde im Vorläufer C mit einer Vernickelungsschicht und einem Vorläufermaterial gemischt wird, kann durch das lange Tränken mit einer Alkaliflüssigkeit in geringer Konzentration die komplette Struktur des Materials weitgehend beibehalten werden und verhindert werden, dass die Materialstruktur aufgrund der raschen Auflösung der Kieselerdematrize beschädigt wird.
  • Vorzugsweise kann ein Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis des mesoporösen Vorläufers D zum geschmolzenen Lithium in Schritt (4) 1 g : (0,5-1) ml betragen, und nach dem gründlichen Mischen des mesoporösen Vorläufers und des geschmolzenen Lithiums können diese 3 h bis 5 h lang reagieren gelassen werden.
  • Da das Lithium der vorliegenden Offenbarung einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, wird geschmolzenes Lithium mit einem mesoporösen Vorläufer gemischt, um einen Mischkristall herzustellen, was den Fluss und die Migrationseffizienz von Lithium wirksam verbessert und ermöglicht, dass Lithium in das Innere eines Materials migriert. Nachdem eine Reaktion mit konstanter Temperatur für eine hinreichend lange Zeit durchgeführt wird, kann daher sichergestellt werden, dass das Material eine einheitliche zusammengesetzte Struktur aufweist. Falls die Mischtemperatur zu niedrig ist, kann das Lithium nicht geschmolzen werden; und falls die Mischtemperatur zu hoch ist, kann die Gesamtstruktur des Materials während der Herstellung eines Mischkristalls zerstört werden.
  • Vorzugsweise kann in der sauerstoffhaltigen Schutzatmosphäre in Schritt (4) ein Schutzgas Stickstoff oder Argon sein, und Sauerstoff kann in der Schutzatmosphäre eine Konzentration von 2 ppm bis 20 ppm aufweisen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material hergestelltes modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material bereitzustellen.
  • Das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material der vorliegenden Offenbarung ist eine Materialstruktur mit großer SSA, herausragender Elektrolytbenetzbarkeit und hoher Ionen- und Leitfähigkeitsmobilität. Darüber hinaus gibt es eine Gradienten-Nickelverteilung von innen nach außen im Material, mit einer einheitlichen Gesamtverteilung, sodass das Material eine ausgezeichnete elektrochemische Leistungsfähigkeit zeigen kann, wenn es in LIB-Kathodenmaterialien verwendet wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine LIB bereitzustellen, und ein Kathodenmaterial der LIB enthält das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material der vorliegenden Offenbarung.
  • Vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Offenbarung: Die vorliegende Offenbarung stellt ein Herstellungsverfahren für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material bereit. Beim Herstellungsverfahren wird ein mit einem Polymer beschichteter kieselsäurematrizenhaltiger Nanovorläufer durch Elektrospinnen hergestellt, und danach wird der Nanovorläufer in Luft gesintert (Hohlkanäle, die nach dem Ausbrennen des Polymers übrig bleiben, bieten wirksame Einbettungs- und Anlagerungsstellen für eine nachfolgende Vernickelung); und nach der Vernickelung wird die Kieselerdematrize entfernt, sodass verteilte Mesoporen in situ auf dem Vorläufer erzeugt werden. Die Mesoporen stellen Kanäle für das nachfolgende Eindringen von geschmolzenem Lithium in das Innere des Vorläufermaterials bereit, sodass ein Nickelgehalt im Inneren des Materials nahe oder gleich dem außerhalb des Materials ist. Ein endgültiges hergestelltes Kathodenmaterial weist eine bessere Ionen- und Elektronenleitungsstruktur im Vergleich zu herkömmlichen granularen Materialien auf. Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein vom Verfahren hergestelltes modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material bereit. Das Material weist eine einheitliche Verteilungsmorphologie und eine große SSA auf, die das Polarisationsphänomen einer Elektrode während eines elektrochemischen Reaktionsprozesses wirksam reduzieren kann, sodass das Material eine hohe Lade- und Entladekapazität und eine überlegene Zyklisierungsstabilität und Ratenleistung aufweist. Die vorliegende Offenbarung stellt auch eine LIB bereit, die das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material beinhaltet.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist ein Rasterelektronenmikroskopie(REM)-Bild des in Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung erhaltenen modifizierten Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Materials.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Zur guten Veranschaulichung der Ziele, technischen Lösungen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung wird die vorliegende Offenbarung im Folgenden in Verbindung mit spezifischen Beispielen und Vergleichsbeispielen näher beschrieben, was zum detaillierten Verständnis des Inhalts der vorliegenden Offenbarung und nicht zur Einschränkung der vorliegenden Offenbarung dienen soll. Alle anderen Beispiele, die von Durchschnittsfachleuten ohne kreativen Aufwand erhalten werden, sollen in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Sofern nicht anders angegeben, sind die experimentellen Reagenzien und Instrumente, die zur Implementierung der vorliegenden Offenbarung ausgelegt sind, üblicherweise verwendete Reagenzien und Instrumente.
  • Beispiel 1
  • Ein Beispiel des Herstellungsverfahrens für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material nach der vorliegenden Offenbarung wurde bereitgestellt, das die folgenden Schritte beinhaltet:
    1. (1) Nickelacetat, Cobaltacetat und Manganacetat wurden in entionisiertem Wasser aufgelöst, danach wurden Salzsäure, PVP und Kolloid-Kieselerde hinzugefügt und das resultierende Gemisch wurde gründlich gemischt, um eine Vorläuferdispergierung A zu erhalten, wobei das PVP 15 % einer Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; die Kolloid-Kieselerde 40 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; Nickel, Cobalt und Mangan in der Vorläuferdispergierung A ein Molverhältnis von 55:20:25 aufwiesen; und das Nickel eine Konzentration von 1,2 mol/l in der Vorläuferdispergierung A aufwies;
    2. (2) Eine Nanomembran wurde aus der in Schritt (1) erhaltenen Vorläuferdispergierung A durch Elektrospinnen hergestellt, vakuumgetrocknet und auf 600 °C erwärmt und 2 h lang in einer Luftatmosphäre inkubiert, um einen Vorläufer B zu erhalten; wobei das Elektrospinnen insbesondere folgendermaßen durchgeführt wurde: Die Vorläuferdispergierung A wurde als Spinnflüssigkeit in eine Spritze bei einer festgelegten Temperatur von 25 °C injiziert, eine Nadel der Spritze wurde mit einer Elektrode verbunden und eine Energieversorgung wurde eingeschaltet, um die Nanomembran mit einem Trommelkollektor als Gegenelektrode herzustellen; und eine Spannung der Energieversorgung wurde auf 16 kV eingestellt, eine Einspeisegeschwindigkeit der Spritze wurde auf 0,5 ml/min festgelegt, eine Drehzahl des Trommelkollektors wurde auf 30 U/min festgelegt und eine Kollektordistanz des Elektrospinnens wurde auf 25 cm festgelegt;
    3. (3) Der in Schritt (2) erhaltene Vorläufer B wurde zu einer Vernickelungsflüssigkeit in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1 g : 1,2 ml hinzugegeben, ein pH-Wert der Vernickelungsflüssigkeit wurde auf 12 eingestellt und danach wurde die Vernickelungsflüssigkeit auf 85 °C erwärmt, um 20 min lang CNP durchzuführen; und ein resultierendes Plattierungsprodukt wurde einer Dichtegradientenzentrifugierung unterzogen, und eine feste Oberschicht wurde gesammelt und gereinigt, um einen Vorläufer C zu erhalten; wobei die Vernickelungsflüssigkeit ein Nickelsalz, einen Komplexbildner und ein Reduktionsmittel enthielt; das Nickelsalz Nickelsulfat mit einer Massenkonzentration von 60 g/l war; der Komplexbildner EDTA mit einer Massenkonzentration von 40 g/l war; und das Reduktionsmittel Hydrazinhydrat mit einer Volumenkonzentration von 70 ml/l war; und
    4. (4) Der in Schritt (3) erhaltene Vorläufer C für 48 h wurde bei 80 °C in 1 mol/l Natriumhydroxidlösung getränkt und danach ausgewaschen und getrocknet, um einen mesoporösen Vorläufer D zu erhalten; der mesoporöse Vorläufer wurde auf 650 °C erwärmt und danach gründlich mit geschmolzenem Lithium in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1 g : 0,8 ml gemischt wurde, um 4 h lang zu reagieren, wobei das geschmolzene Lithium auf einer der dem mesoporösen Vorläufer D identischen Temperatur war; nach Abschluss der Reaktion wurde ein resultierendes Produkt für 1 h auf 700 °C in einer sauerstoffhaltigen (10 ppm) Schutzatmosphäre erwärmt, sodass es reagiert; weiteres Reagieren wurde unter Einleitung von Sauerstoff für 3 h durchgeführt, und das resultierende Produkt wurde gekühlt, um das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material zu erhalten; und das Material wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet, wie in 1 gezeigt.
  • Beispiel 2
  • Ein Beispiel des Herstellungsverfahrens für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material nach der vorliegenden Offenbarung wurde bereitgestellt, das die folgenden Schritte beinhaltet:
    1. (1) Nickelacetat, Cobaltacetat und Manganacetat wurden in entionisiertem Wasser aufgelöst, danach wurden Salzsäure, PVP und Kolloid-Kieselerde hinzugefügt und das resultierende Gemisch wurde gründlich gemischt, um eine Vorläuferdispergierung A zu erhalten, wobei das PVP 16 % einer Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; die Kolloid-Kieselerde 60 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; Nickel, Cobalt und Mangan in der Vorläuferdispergierung A ein Molverhältnis von 55:15:30 aufwiesen; und das Nickel eine Konzentration von 1 mol/l in der Vorläuferdispergierung A aufwies;
    2. (2) Eine Nanomembran aus der in Schritt (1) erhaltenen Vorläuferdispergierung A wurde durch Elektrospinnen hergestellt, vakuumgetrocknet und auf 500 °C erwärmt und 3 h lang in einer Luftatmosphäre inkubiert, um einen Vorläufer B zu erhalten; wobei das Elektrospinnen insbesondere folgendermaßen durchgeführt wurde: Die Vorläuferdispergierung A wurde als Spinnflüssigkeit in eine Spritze bei einer festgelegten Temperatur von 28 °C injiziert, eine Nadel der Spritze wurde mit einer Elektrode verbunden und eine Energieversorgung wurde eingeschaltet, um die Nanomembran mit einem Trommelkollektor als Gegenelektrode herzustellen; und eine Spannung der Energieversorgung wurde auf 13 kV eingestellt, eine Einspeisegeschwindigkeit der Spritze wurde auf 0,7 ml/min festgelegt, eine Drehzahl des Trommelkollektors wurde auf 25 U/min festgelegt und eine Kollektordistanz des Elektrospinnens wurde auf 25 cm festgelegt;
    3. (3) Der in Schritt (2) erhaltene Vorläufer B wurde zu einer Vernickelungsflüssigkeit in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1 g : 1,5 ml hinzugegeben, ein pH-Wert der Vernickelungsflüssigkeit wurde auf 12 eingestellt und danach wurde die Vernickelungsflüssigkeit auf 85 °C erwärmt, um 10 min lang CNP durchzuführen; und ein resultierendes Plattierungsprodukt wurde einer Dichtegradientenzentrifugierung unterzogen, und eine feste Oberschicht wurde gesammelt und gereinigt, um einen Vorläufer C zu erhalten; wobei die Vernickelungsflüssigkeit ein Nickelsalz, einen Komplexbildner und ein Reduktionsmittel enthielt; das Nickelsalz Nickelsulfat mit einer Massenkonzentration von 50 g/l war; der Komplexbildner EDTA mit einer Massenkonzentration von 45 g/l war; und das Reduktionsmittel Hydrazinhydrat mit einer Volumenkonzentration von 80 ml/l war; und
    4. (4) Der in Schritt (3) erhaltene Vorläufer C für 24 h wurde bei 70 °C in 2 mol/l Natriumhydroxidlösung getränkt und danach ausgewaschen und getrocknet, um einen mesoporösen Vorläufer D zu erhalten; der mesoporöse Vorläufer wurde auf 700 °C erwärmt und danach gründlich mit geschmolzenem Lithium in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1 g : 1 ml gemischt wurde, um 5 h lang zu reagieren, wobei das geschmolzene Lithium auf einer der dem mesoporösen Vorläufer D identischen Temperatur war; nach Abschluss der Reaktion wurde ein resultierendes Produkt für 1 h auf 650 °C in einer sauerstoffhaltigen (20 ppm) Schutzatmosphäre erwärmt, sodass es reagiert; und weiteres Reagieren wurde unter Einleitung von Sauerstoff für 4 h durchgeführt, und das resultierende Produkt wurde gekühlt, um das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material zu erhalten.
  • Beispiel 3
  • Ein Beispiel des Herstellungsverfahrens für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material nach der vorliegenden Offenbarung wurde bereitgestellt, das die folgenden Schritte beinhaltet:
    1. (1) Nickelcarbonat, Cobaltcarbonat und Mangancarbonat wurden in entionisiertem Wasser aufgelöst, danach wurden Salzsäure, PVP und Kolloid-Kieselerde hinzugefügt und das resultierende Gemisch wurde gründlich gemischt, um eine Vorläuferdispergierung A zu erhalten, wobei das PVP 12 % einer Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; die Kolloid-Kieselerde 60 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; Nickel, Cobalt und Mangan in der Vorläuferdispergierung A ein Molverhältnis von 55:10:35 aufwiesen; und das Nickel eine Konzentration von 1 mol/l in der Vorläuferdispergierung A aufwies;
    2. (2) Eine Nanomembran aus der in Schritt (1) erhaltenen Vorläuferdispergierung A wurde durch Elektrospinnen hergestellt, vakuumgetrocknet und auf 650 °C erwärmt und 2 h lang in einer Luftatmosphäre inkubiert, um einen Vorläufer B zu erhalten; wobei das Elektrospinnen insbesondere folgendermaßen durchgeführt wurde: Die Vorläuferdispergierung A wurde als Spinnflüssigkeit in eine Spritze bei einer festgelegten Temperatur von 25 °C injiziert, eine Nadel der Spritze wurde mit einer Elektrode verbunden und eine Energieversorgung wurde eingeschaltet, um die Nanomembran mit einem Trommelkollektor als Gegenelektrode herzustellen; und eine Spannung der Energieversorgung wurde auf 15 kV eingestellt, eine Einspeisegeschwindigkeit der Spritze wurde auf 0,6 ml/min festgelegt, eine Drehzahl des Trommelkollektors wurde auf 30 U/min festgelegt und eine Kollektordistanz des Elektrospinnens wurde auf 25 cm festgelegt;
    3. (3) Der in Schritt (2) erhaltene Vorläufer B wurde zu einer Vernickelungsflüssigkeit in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1 g : 1,6 ml hinzugegeben, ein pH-Wert der Vernickelungsflüssigkeit wurde auf 12 eingestellt und danach wurde die Vernickelungsflüssigkeit auf 85 °C erwärmt, um 18 min lang CNP durchzuführen; und ein resultierendes Plattierungsprodukt wurde einer Dichtegradientenzentrifugierung unterzogen, und eine feste Oberschicht wurde gesammelt und gereinigt, um einen Vorläufer C zu erhalten; wobei die Vernickelungsflüssigkeit ein Nickelsalz, einen Komplexbildner und ein Reduktionsmittel enthielt; das Nickelsalz Nickelsulfat mit einer Massenkonzentration von 50 g/l war; der Komplexbildner EDTA mit einer Massenkonzentration von 20 g/l war; und das Reduktionsmittel Hydrazinhydrat mit einer Volumenkonzentration von 60 ml/l war; und
    4. (4) Der in Schritt (3) erhaltene Vorläufer C für 48 h wurde bei 80 °C in 2 mol/l Natriumhydroxidlösung getränkt und danach ausgewaschen und getrocknet, um einen mesoporösen Vorläufer D zu erhalten; der mesoporöse Vorläufer wurde auf 650 °C erwärmt und danach gründlich mit geschmolzenem Lithium in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1 g : 1 ml gemischt wurde, um 5 h lang zu reagieren, wobei das geschmolzene Lithium auf einer der dem mesoporösen Vorläufer D identischen Temperatur war; nach Abschluss der Reaktion wurde ein resultierendes Produkt für 1 h auf 700 °C in einer sauerstoffhaltigen (10 ppm) Schutzatmosphäre erwärmt, sodass es reagiert; und weiteres Reagieren wurde unter Einleitung von Sauerstoff für 3 h durchgeführt, und das resultierende Produkt wurde gekühlt, um das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material zu erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Ein Vergleichsbeispiel des Herstellungsverfahrens für ein modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material nach der vorliegenden Offenbarung wurde bereitgestellt, das die folgenden Schritte beinhaltet:
    1. (1) Nickelacetat, Cobaltacetat und Manganacetat wurden in entionisiertem Wasser aufgelöst, danach wurden Salzsäure, PVP und Kolloid-Kieselerde hinzugefügt und das resultierende Gemisch wurde gründlich gemischt, um eine Vorläuferdispergierung A zu erhalten, wobei das PVP 15 % einer Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; die Kolloid-Kieselerde 40 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; Nickel, Cobalt und Mangan in der Vorläuferdispergierung A ein Molverhältnis von 55:20:25 aufwiesen; und das Nickel eine Konzentration von 1,2 mol/l in der Vorläuferdispergierung A aufwies;
    2. (2) Eine Nanomembran wurde aus der in Schritt (1) erhaltenen Vorläuferdispergierung A durch Elektrospinnen hergestellt, vakuumgetrocknet und auf 600 °C erwärmt und 2 h lang in einer Luftatmosphäre inkubiert, um einen Vorläufer B zu erhalten; wobei das Elektrospinnen insbesondere folgendermaßen durchgeführt wurde: Die Vorläuferdispergierung A wurde als Spinnflüssigkeit in eine Spritze bei einer festgelegten Temperatur von 25 °C injiziert, eine Nadel der Spritze wurde mit einer Elektrode verbunden und eine Energieversorgung wurde eingeschaltet, um die Nanomembran mit einem Trommelkollektor als Gegenelektrode herzustellen; und eine Spannung der Energieversorgung wurde auf 16 kV eingestellt, eine Einspeisegeschwindigkeit der Spritze wurde auf 0,5 ml/min festgelegt, eine Drehzahl des Trommelkollektors wurde auf 30 U/min festgelegt und eine Kollektordistanz des Elektrospinnens wurde auf 25 cm festgelegt;
    3. (3) Der in Schritt (2) erhaltene Vorläufer B wurde 28 h lang in einer 2-mol/l-Natriumhydroxidlösung bei 80 °C getränkt, danach ausgewaschen und getrocknet und zu einer Vernickelungsflüssigkeit in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1 g : 1 ml hinzugefügt; ein pH-Wert der Vernickelungsflüssigkeit wurde auf 12 eingestellt und danach wurde die Vernickelungsflüssigkeit auf 85 °C erwärmt, um für 20 min CNP durchzuführen; und ein resultierendes Plattierungsprodukt wurde einer Dichtegradientenzentrifugierung unterzogen, und eine feste Oberschicht wurde gesammelt und gereinigt, um einen Vorläufer C zu erhalten; wobei die Vernickelungsflüssigkeit ein Nickelsalz, einen Komplexbildner und ein Reduktionsmittel enthielt; das Nickelsalz Nickelsulfat mit einer Massenkonzentration von 60 g/l war; der Komplexbildner EDTA mit einer Massenkonzentration von 30 g/l war; und das Reduktionsmittel Hydrazinhydrat mit einer Volumenkonzentration von 70 ml/l war; und
    4. (4) Der in Schritt (3) erhaltene Vorläufer C wurde auf 650 °C erwärmt und danach gründlich mit geschmolzenem Lithium in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1 g : 1 ml gemischt wurde, um 6 h lang zu reagieren, wobei das geschmolzene Lithium auf einer der dem mesoporösen Vorläufer D identischen Temperatur war; nach Abschluss der Reaktion wurde ein resultierendes Produkt für 1 h auf 700 °C in einer sauerstoffhaltigen (10 ppm) Schutzatmosphäre erwärmt, sodass es reagiert; und weiteres Reagieren wurde unter Einleitung von Sauerstoff für 3 h durchgeführt, und das resultierende Produkt wurde gekühlt, um das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material zu erhalten.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Dieses Vergleichsbeispiel unterschied sich von Beispiel 1 nur dadurch, dass die Vorläuferdispergierung A in Schritt (2) einer Ultraschalldispersion unterzogen wurde, danach unter Rühren in einem 80-°C-Wasserbad erwärmt wurde, bis die Dispergierung viskos wurde, vakuumgetrocknet und erwärmt und in einer Luftatmosphäre inkubiert wurde, um einen Blockvorläufer B zu erhalten; und der Blockvorläufer in ein Pulver zerkleinert wurde und danach zu einer Vernickelungsflüssigkeit zur CNP hinzugefügt wurde.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Dieses Vergleichsbeispiel unterschied sich von Beispiel 1 nur dadurch, dass die organische Kohlenstoffquelle in Schritt (1) 5 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; und die Kolloid-Kieselerde 70 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Dieses Vergleichsbeispiel unterschied sich von Beispiel 1 nur dadurch, dass die organische Kohlenstoffquelle in Schritt (1) 20 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte; und die Kolloid-Kieselerde 20 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmachte.
  • Vergleichsbeispiel 5
  • Dieses Vergleichsbeispiel unterschied sich von Beispiel 1 nur dadurch, dass der mesoporöse Vorläufer D in Schritt (4) auf 800 °C erwärmt wurde und dann mit geschmolzenem Lithium gemischt wurde, sodass sie reagieren, wobei das geschmolzene Lithium auf einer der dem mesoporösen Vorläufer D identischen Temperatur war.
  • Vergleichsbeispiel 6
  • 1.000 g eines Nickel-Mangan-Cobalt-Hydroxids (Nickel, Cobalt und Mangan wiesen das gleiche Verhältnis wie in Beispiel 1 auf) wurde zu 442 g Lithiumcarbonat hinzugefügt, und ein resultierendes Gemisch wurde 5 h lang Kugelmahlen unterzogen und danach in Luft bei 800 °C für 8 h gesintert, um ein LNMCO-Material zu erhalten, was ein Festphasenverfahren war.
  • Wirkungsbeispiel 1
  • Jedes der in den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 erhaltenen Produkte wurde als eine positive Elektrode und Lithium wurde als eine negative Elektrode bei der Montage einer Lithium-Ionen-Halbzelle verwendet. Die anfängliche Lade- und Entladeprüfung wurde mit einer Rate von 1 C und einem Spannungsbereich von 2,9 V bis 4,3 V durchgeführt, danach wurden 2.000 Lade-Entlade-Zyklen mit einer Rate von 0,5 C durchgeführt, und die Prüfergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
    Eintrag Anfängliche spezifische Entladekapazität (mAh/g) Spezifische Entladekapazität nach 1.000 Lade-Entlade-Zyklen (mAh/g) Spezifische Entladekapazität nach 2.000 Lade-Entlade-Zyklen (mAh/g) Kapazitätsretention nach vielen Zyklen (%)
    Beispiel 1 175 171 158 91,86
    Beispiel 2 173 170 149 87,64
    Beispiel 3 176 169 146 84,39
    Vergleichsbeispiel 1 173 160 132 77,19
    Vergleichsbeispiel 2 168 146 121 73,33
    Vergleichsbeispiel 3 165 153 127 77,91
    Vergleichsbeispiel 4 167 155 126 75,44
    Vergleichsbeispiel 5 174 162 133 77,32
    Vergleichsbeispiel 6 162 143 112 69,14
  • Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass im Vergleich zu den in den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 erhaltenen Produkten über den bevorzugten Bereich hinaus und zum Produkt, das durch das Festphasenverfahren hergestellt wurde, wie es im Stand der Technik üblicherweise verwendet wird, die in den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Produkte aufgrund der einheitlichen Verteilungsmorphologie und der großen SSA eine höhere spezifische Entladekapazität und Zyklisierungsstabilität aufweisen; und das in Beispiel 1 erhaltene Produkt weist nach 2.000 Zyklen noch eine Kapazitätsretention von 91,86 % auf.
  • Schließlich ist anzumerken, dass die obigen Beispiele lediglich zur Beschreibung der technischen Lösungen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt werden und nicht dazu dienen, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Obwohl die vorliegende Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Beispiele beschrieben ist, sollte es Durchschnittsfachleuten klar sein, dass Änderungen oder gleichwertige Ersetzungen an den technischen Lösungen der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der technischen Lösungen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 109860590 B [0018]

Claims (10)

  1. Herstellungsverfahren für ein modifiziertes Hochleistungs-Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid(LNMCO)-Nickel-55-Material, das die folgenden Schritte umfasst: (1) Auflösen einer Nickelquelle, einer Cobaltquelle und einer Manganquelle in einem Lösungsmittel, Hinzufügen einer Säure, einer organischen Kohlenstoffquelle und Kolloid-Kieselerde und gründliches Mischen eines resultierenden Gemischs, um eine Vorläuferdispergierung A zu erhalten, wobei die organische Kohlenstoffquelle 12 % bis 16 % einer Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmacht; die Kolloid-Kieselerde 30 % bis 60 % der Gesamtmasse der Vorläuferdispergierung ausmacht; Nickel, Cobalt und Mangan in der Vorläuferdispergierung A ein Molverhältnis von 55:x:(45-x) aufweisen, wobei x < 45; und das Nickel eine Konzentration von 1 mol/l bis 1,2 mol/l in der Vorläuferdispergierung A aufweist; (2) Herstellen einer Nanomembran aus der in Schritt (1) erhaltenen Vorläuferdispergierung A durch Elektrospinnen und Trocknen, Erwärmen und Inkubieren der Nanomembran, um einen Vorläufer B zu erhalten; (3) Hinzufügen des in Schritt (2) erhaltenen Vorläufers B zu einer Vernickelungsflüssigkeit und Durchführen von chemischer Vernickelung (CNP); Unterziehen eines resultierenden Plattierungsprodukts einer Dichtegradientenzentrifugierung und Sammeln und Reinigen einer festen Oberschicht, um einen Vorläufer C zu erhalten; wobei die Vernickelungsflüssigkeit ein Nickelsalz, einen Komplexbildner und ein Reduktionsmittel umfasst und das Nickelsalz eine Massenkonzentration von 30 g/l bis 50 g/l aufweist; und (4) Tränken des in Schritt (3) erhaltenen Vorläufers C in einer Alkaliflüssigkeit für 24 h bis 48 h und Auswaschen und Trocknen, um einen mesoporösen Vorläufer D zu erhalten; Erwärmen des mesoporösen Vorläufers D auf 600 °C bis 700 °C und gründliches Mischen des mesoporösen Vorläufers D mit geschmolzenem Lithium, sodass diese reagieren, wobei das geschmolzene Lithium eine identische Temperatur wie die des mesoporösen Vorläufers D aufweist; nach Abschluss der Reaktion Erwärmen eines resultierenden Produkts für 0,5 h bis 1 h auf 550 °C bis 700 °C, in einer sauerstoffhaltigen Schutzatmosphäre, sodass es reagiert; und weiteres Reagieren unter Einleitung von Sauerstoff für 2 h bis 5 h, Kühlen, um das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material zu erhalten.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel in Schritt (1) entionisiertes Wasser ist; die Nickelquelle mindestens eines aus der Gruppe umfasst, die aus Nickelacetat, Nickelnitrat und Nickelcarbonat besteht; die Cobaltquelle mindestens eines aus der Gruppe umfasst, die aus Cobaltacetat, Cobaltnitrat und Cobaltcarbonat besteht; die Manganquelle mindestens eines aus der Gruppe umfasst, die aus Manganacetat, Mangannitrat und Mangancarbonat besteht; die Säure mindestens entweder Salzsäure und/oder Schwefelsäure umfasst; und die organische Kohlenstoffquelle mindestens entweder PVP und/oder PVAumfasst.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Elektrospinnen in Schritt (2) Einspritzen der Vorläuferdispergierung A als Spinnflüssigkeit in eine Spritze, Verbinden einer Nadel der Spritze mit einer Elektrode und Einschalten einer Leistungsversorgung umfasst, um die Nanomembran mit einem Trommelkollektor als Gegenelektrode herzustellen; wobei eine Spannung der Leistungsversorgung auf 12 kV bis 18 kV festgelegt ist, eine Einspeisegeschwindigkeit der Spritze auf 0,5 ml/min bis 0,7 ml/min festgelegt ist, und eine Drehzahl des Trommelkollektors auf 20 U/min bis 30 U/min festgelegt ist; eine Kollektordistanz des Elektrospinnens 20 cm bis 30 cm beträgt und eine Temperatur des Elektrospinnens 25 °C bis 28 °C beträgt.
  4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Nanomembrane in Schritt (2) auf eine Temperatur von 500 °C bis 650 °C erwärmt wird und dann für 2 h bis 3 h inkubiert wird.
  5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Nickelsalz in der Vernickelungsflüssigkeit in Schritt (3) mindestens eines aus der Gruppe umfasst, die aus Nickelsulfat, Nickelacetat und Nickelcarbonat besteht, der Komplexbildner EDTA ist und das Reduktionsmittel Hydrazinhydrat ist; wobei der Komplexbildner eine Massenkonzentration von 15 g/l bis 45 g/l aufweist und das Reduktionsmittel eine Volumenkonzentration von 60 ml/l bis 80 ml/l aufweist; und vorzugsweise ein pH-Wert der Vernickelungsflüssigkeit auf 11 bis 13 vor der Verwendung mit einem pH-Einstellungsmittel eingestellt ist.
  6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei ein Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis des Vorläufers B zur Vernickelungsflüssigkeit für die CNP in Schritt (3) 1 :(0,8-1,6) beträgt; und die CNP für 15 min bis 20 min bei 80 °C bis 85 °C durchgeführt wird.
  7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Tränken des Vorläufers C in der Alkaliflüssigkeit in Schritt (4) bei 60 °C bis 90 °C durchgeführt wird, die Alkaliflüssigkeit eine Natriumhydroxidlösung umfasst und die Hydroxidionen in der Alkaliflüssigkeit eine Molarität von 1 mol/l bis 2 mol/l aufweisen; wobei die Alkaliflüssigkeit in Schritt (4) eine Natriumhydroxidlösung ist und der Vorläufer C 48 h lang in der Alkaliflüssigkeit getränkt wird; und wobei die Natriumhydroxidlösung eine Konzentration von 1 mol/l aufweist.
  8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei ein Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis des mesoporösen Vorläufers D zum geschmolzenen Lithium in Schritt (4) 1 g : (0,5-1) ml beträgt, und nach dem gründlichen Mischen des mesoporösen Vorläufers und des geschmolzenen Lithiums diese 3 h bis 5 h lang reagieren gelassen werden.
  9. Modifiziertes Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material, das durch das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird.
  10. Lithium-Ionen-Batterie (LIB), wobei ein Kathodenmaterial der LIB das modifizierte Hochleistungs-LNMCO-Nickel-55-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
DE112022000308.1T 2021-08-03 2022-05-27 Herstellungsverfahren für und verwendung von modifiziertem hochleistungs-lithium-nickel-mangan-cobalt-oxid(lnmco)-nickel-55-material Pending DE112022000308T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110886828.1 2021-08-03
CN202110886828.1A CN113793935B (zh) 2021-08-03 2021-08-03 一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用
PCT/CN2022/095682 WO2023010972A1 (zh) 2021-08-03 2022-05-27 一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112022000308T5 true DE112022000308T5 (de) 2023-09-07

Family

ID=79181325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112022000308.1T Pending DE112022000308T5 (de) 2021-08-03 2022-05-27 Herstellungsverfahren für und verwendung von modifiziertem hochleistungs-lithium-nickel-mangan-cobalt-oxid(lnmco)-nickel-55-material

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230395795A1 (de)
CN (1) CN113793935B (de)
DE (1) DE112022000308T5 (de)
GB (1) GB2618685A (de)
WO (1) WO2023010972A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113793935B (zh) * 2021-08-03 2023-04-11 广东邦普循环科技有限公司 一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用
CN116443945A (zh) * 2023-02-21 2023-07-18 广东邦普循环科技有限公司 一种富锂锰基介孔正极材料及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109860590A (zh) 2018-11-15 2019-06-07 广东邦普循环科技有限公司 一种镍55型镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103560243A (zh) * 2013-11-08 2014-02-05 天津工业大学 一种静电纺丝技术合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纳米纤维的制备方法
CN103811747B (zh) * 2014-03-04 2016-01-20 广东邦普循环科技有限公司 一种动力型镍钴锰酸锂材料及其制备方法和应用
CN104201324B (zh) * 2014-07-31 2016-10-05 山东精工电子科技有限公司 一种模板法合成锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的方法
CN104178929B (zh) * 2014-08-19 2017-08-08 中信大锰矿业有限责任公司 静电纺丝制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纤维材料的方法
CN104362335B (zh) * 2014-11-29 2016-09-07 广州鸿森材料有限公司 一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法
CN108417829A (zh) * 2018-03-13 2018-08-17 成都新柯力化工科技有限公司 一种稳定制备单晶高镍锂电池三元材料的方法
CN109244407A (zh) * 2018-09-17 2019-01-18 贵州永合益环保科技有限公司 一种氧化镁、氧化铝共混包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法
CN110282664B (zh) * 2019-06-25 2024-05-10 广东邦普循环科技有限公司 一种镍钴锰酸锂正极材料的生产方法及连续性生产设备
JP2021047980A (ja) * 2019-09-16 2021-03-25 川上 総一郎 リチウムイオン二次電池用負極活物質とその製造方法、および電極構造体、ならびに二次電池
CN112582603A (zh) * 2019-09-27 2021-03-30 天津理工大学 一种锂离子电池高镍层状正极材料的制备方法
CN113793935B (zh) * 2021-08-03 2023-04-11 广东邦普循环科技有限公司 一种高性能镍55型改性镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109860590A (zh) 2018-11-15 2019-06-07 广东邦普循环科技有限公司 一种镍55型镍钴锰酸锂材料的制备方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN113793935A (zh) 2021-12-14
GB202310060D0 (en) 2023-08-16
GB2618685A (en) 2023-11-15
US20230395795A1 (en) 2023-12-07
WO2023010972A1 (zh) 2023-02-09
CN113793935B (zh) 2023-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112022000308T5 (de) Herstellungsverfahren für und verwendung von modifiziertem hochleistungs-lithium-nickel-mangan-cobalt-oxid(lnmco)-nickel-55-material
DE112012003230B4 (de) Mesoporöser Silizium-Verbundwerkstoff als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterie sowie ein Verfahren für die Herstellung dieses Verbundwerkstoffs
DE112021005733T5 (de) Verfahren zur herstellung von lithium-eisenphosphat-kathodenmaterial und dessen verwendung
DE102022103094A1 (de) Negativelektrodenverbundmaterial mit Lithiumsiliziumoxid, Herstellungsverfahren dafür und Lithiumionenbatterie
DE112019007985T5 (de) Nano-Zinn-Silizium-Verbundmaterial für negative Elektroden sowie Herstellungsverfahren und Verwendung davon
DE112021005597T5 (de) Kathodenmaterialvorläufer und herstellungsverfahren dafür und anwendung davon
DE112022002661T5 (de) Negatives hartkohlenstoff-elektrodenmaterial und herstellungsverfahren dafür und verwendung davon
DE60215276T2 (de) Kohlenstofffaser, Elektrodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie und Lithiumsekundärbatterie
DE112021005033T5 (de) Nanoskaliges eisenphosphat, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung
DE112021005980T5 (de) Verfahren zur herstellung von kathodenmaterial aus lithium-kobalt-oxid in nanogrösse und dessen verwendung
DE112019006365T5 (de) All-solid-state-batterie und verfahren zu ihrer herstellung
DE102023123316A1 (de) Negatives elektrodenmaterial, negatives polstück und natrium-ionen-batterie
DE112022000884T5 (de) Herstellungsverfahren eines hartkohlenstoff-anodenmaterials und dessen verwendung
DE112022000863T5 (de) Verfahren zur Herstellung eines negativen Elektrodenmaterials auf Graphenbasis für eine Natrium-Ionen-Batterie
CN109306551A (zh) 一种硼掺杂二氧化钛纳米纤维及其制备方法和作为锂离子电池负极材料的应用
DE102021128305A1 (de) Verfahren zur herstellung eines kathodenaktivmaterials, kathodenaktivmaterial und verfahren zur herstellung einer lithium-ionen-batterie
DE112023000113T5 (de) Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA)-Kathodenmaterial-Vorläufer mit Kern-Schalen-Struktur, Herstellungsverfahren und Verwendung davon
DE112022002537T5 (de) Herstellungsverfahren für positives natrium-ionen-batterie-elektrodenmaterial vom p2-typ auf manganbasis
DE102018206378A1 (de) Elektrodenkatalysator für Brennstoffzellen und Verfahren zu dessen Herstellung
DE112022000306T5 (de) Herstellungsverfahren für mit schichtkohlenstoff dotiertes natriumeisenphosphat-kathodenmaterial
DE102015225455B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Nanoröhren-Katalysators aus intermetallischer Verbindung für positive Elektrode einer Lithium-Luft-Batterie
DE19837625A1 (de) Lithiummanganoxid, Verfahren zu seiner Herstellung und Lithiumsekundärbatterie
DE112023000103T5 (de) Modifiziertes Eisenphosphat-Vorprodukt, modifiziertes Lithium-Eisenphosphat und Verfahren zu seiner Herstellung
DE112022000283T5 (de) Hochleistungs-Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid(LMNCO)-Kathodenmaterial für Leistungsbatterien und Herstellungsverfahren dafür
DE112023000114T5 (de) Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Kobalt-Oxid-Vorläufers durch Schablonen-induziertes Wachstum und dessen Verwendung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed