一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料及其制备方法，以钠基氧化剂为改性剂对镍钴铝酸锂三元材料进行修饰：将钠基氧化剂与锂源进行充分研磨、混合均匀，向其中添加镍钴铝氢氧化物前驱体，混合均匀后在高温设备中进行煅烧，得到钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料。该方法简单，制备的镍钴铝酸锂材料热稳定性好，材料的充放电容量及循环稳定性均得到提高。

A sodium based oxidant doped nickel cobalt lithium aluminate material and preparation method thereof

The invention discloses a sodium-based oxidant doped lithium nickel-cobalt-aluminate material and a preparation method. The sodium-based oxidant is used as a modifier to modify the lithium nickel-cobalt-aluminate ternary material. The sodium-based oxidant and the lithium source are fully ground and uniformly mixed, and the nickel-cobalt-aluminium hydroxide precursor is added to the material, and the mixture is uniform and high after Calcined in the temperature equipment, the material of sodium cobalt oxide lithium doped with sodium based oxidant was obtained. The method is simple, the thermal stability of the prepared lithium nickel cobalt aluminate material is good, and the charge-discharge capacity and cycle stability of the material are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池正极材料
，涉及一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料及其制备方法。
技术介绍
镍钴铝酸锂作为镍酸锂、钴酸锂、铝酸锂三者的类质同象固溶体，同时兼具了三者的高容量、廉价低毒、循环性能好、导电率高、热稳定性好、质量轻等优点，但由于镍含量较高，对水分较为敏感，表面易生成氢氧化锂、碳酸锂，使得材料表面碱性过高，一方面引起活性锂离子的损失，降低材料的充放电容量；另一方面表面的碱性物质易与电解液反应，使材料内部受到电解液的侵蚀，加剧材料内部结构的破坏，降低其循环稳定性。
技术实现思路
针对镍钴铝酸锂三元材料存在的结构不稳定、电化学循环性能较差等问题，本专利技术的目的在于提供一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料及其制备方法，有效提高镍钴铝酸锂三元材料的结构稳定性及电化学循环稳定性。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料。优选的，钠基氧化剂为过氧化钠、铋酸钠、锑酸钠中的一种或几种。一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料的制备方法，将锂源与钠基氧化剂混合均匀；再加入镍钴铝氢氧化物，继续混合均匀；将混合好的混合料进行煅烧。优选的，按照摩尔百分数计，钠基氧化剂的用量为镍钴铝氢氧化物用量0.1-2％。优选的，锂源为氢氧化锂、碳酸锂中的一种或两种。优选的，镍钴铝氢氧化物中钴元素摩尔含量为10％-15％，镍元素摩尔含量为80％-85％，铝元素摩尔含量为2％-5％。优选的，锂元素与镍钴铝氢氧化物的摩尔比为(1-1.15)：1。优选的，煅烧为两段煅烧，一段煅烧温度为480-550℃，保温时间2-10h，二段煅烧温度为750-800℃，保温时间8-24h。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料，一方面，Na+离子半径为0.102nm，钠离子掺杂后占据Li+位，增大层间距，有利于Li+在充放电过程中的脱嵌，降低Li+的扩散活化能，从而提高镍钴铝酸锂材料的电化学性能。另一方面，过氧化钠、铋酸钠、锑酸钠都属于强氧化物，在烧结过程中分解产生氧气，在熔融状态下液液反应强度比气液反应更强，能够促进Ni2+的氧化，减少锂镍混排，降低材料由于从层状结构向岩盐结构的转变而引起的在充放电循环中结构的坍塌，提高其循环稳定性。此外，锑酸钠不溶于稀酸、稀碱中，其掺杂能够提高电极材料的耐腐蚀性，减少与电解液的反应，通过抑制电荷转移阻抗来实现和保持电极与电解液之间的界面稳定，从而提高材料的可逆比容量；锑酸钠具有很好的阻燃作用，其掺杂能够提高电池的稳定性。本专利技术钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料的制备方法，由于钠基氧化剂与锂源通常颗粒感较强，二者预先均匀混合，能够增大其比表面积，促进该钠基氧化剂在烧结过程中向材料内部的渗入，增强氧化效果。附图说明图1为实施例中扣式半电池的放电循环曲线图，其中a为实施例1中扣式半电池的放电循环曲线图，b为实施例2中扣式半电池的放电循环曲线图，c是实施例3中扣式半电池的放电循环曲线图，d为对比例中扣式半电池的放电循环曲线图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术为一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料，所述的钠基氧化剂为过氧化钠、铋酸钠、锑酸钠中的一种或几种。其制备方法为：将锂源与钠基氧化剂混合均匀；加入镍钴铝氢氧化物前驱体，继续混合均匀；将混合好的物料置于高温设备中进行煅烧。所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂中的一种或两种，所述镍钴铝氢氧化物前驱体中钴元素含量为其摩尔总量的10％-15％，镍元素含量为其摩尔总量的80％-85％，铝元素含量为其摩尔总量的2％-5％，所述锂与镍钴铝氢氧化物的摩尔比为(1-1.15):1。若钠基氧化剂为几种的混合物时，其比例为任意比例。按照摩尔百分数计，所述钠基氧化剂的用量为镍钴铝氢氧化物前驱体用量0.1-2％。所述煅烧为两段煅烧，一段煅烧温度为480-550℃，保温时间2-10h，二段煅烧温度为750-800℃，保温时间8-24h。具体实施例如下。实施例1将氢氧化锂与锑酸钠粉末混合均匀后加入镍钴铝氢氧化物前驱体，其中镍钴铝氢氧化物前驱体中镍钴铝三种金属元素的摩尔比为80:15:5，锂与镍钴铝氢氧化物的摩尔比为1:1，按照摩尔百分比计，锑酸钠用量为镍钴铝氢氧化物前驱体用量的0.1％；将混合物置于高温设备中在氧气气氛下煅烧，一段煅烧温度为480℃，保温时间10h，二段煅烧温度为800℃，保温时间8h，得到改性的镍钴铝酸锂三元材料；将所得材料与导电剂、粘结剂混合后涂布、制备极片、组装扣式半电池，对电池进行电化学性能评价，结果为：0.1C首次放电比容量为198.8mAh/g，首次充放电效率92.2％，1C首次放电比容量180.1mAh/g，循环52圈后剩余容量98.3％。在其他条件不变的情况下，本实施例中的锑酸钠可以替换为锑酸钠与铋酸钠的任意比例的混合物，或者锑酸钠与过氧化钠的任意比例的混合物。实施例2将碳酸锂与铋酸钠粉末混合均匀后加入镍钴铝氢氧化物前驱体，其中镍钴铝氢氧化物前驱体中镍钴铝三种金属元素的摩尔比为85:10:5，锂与镍钴铝氢氧化物的摩尔比为1.15:1，按照摩尔百分比计，铋酸钠用量为镍钴铝氢氧化物前驱体用量的2％；将混合物置于高温设备中在氧气气氛下煅烧，一段煅烧温度为550℃，保温时间2h，二段煅烧温度为780℃，保温时间12h，得到改性的镍钴铝酸锂三元材料；将所得材料与导电剂、粘结剂混合后涂布、制备极片、组装扣式半电池，对电池进行电化学性能评价，结果为：0.1C首次放电比容量为195.9mAh/g，首次充放电效率92.7％，1C首次放电比容量184.7mAh/g，循环52圈后剩余容量97.0％。在其他条件不变的情况下，本实施例中的铋酸钠可以替换为铋酸钠、过氧化钠和锑酸钠三者的任意比例的混合物。实施例3将氢氧化锂与过氧化钠粉末混合均匀后加入镍钴铝氢氧化物前驱体，其中镍钴铝氢氧化物前驱体中镍钴铝三种金属元素的摩尔比为83:15:2，锂与镍钴铝氢氧化物的摩尔比为1.05:1，按照摩尔百分比计，过氧化钠用量为镍钴铝氢氧化物前驱体用量的1％；将混合物置于高温设备中在氧气气氛下煅烧，一段煅烧温度为520℃，保温时间6h，二段煅烧温度为750℃，保温时间24h，得到改性的镍钴铝酸锂三元材料；将所得材料与导电剂、粘结剂混合后涂布、制备极片、组装扣式半电池，对电池进行电化学性能评价，结果为：0.1C首次放电比容量为199.3mAh/g，首次充放电效率90.8％，1C首次放电比容量181.6mAh/g，循环52圈后剩余容量94.8％。在其他条件不变的情况下，本实施例中的氢氧化锂可以替换为氢氧化锂和碳酸锂的任意比例的混合物。对比例将氢氧化锂与镍钴铝氢氧化物前驱体混合均匀，其中镍钴铝酸锂中镍钴铝三种金属元素的摩尔比为82:15:3，锂与镍钴铝氢氧化物的摩尔比为1:1.05，将混合物置于高温设备中在氧气气氛下煅烧，一段煅烧温度为520℃，保温时间6h，二段煅烧温度为750℃，保温时间24h，得到镍钴铝酸锂三元材料；将所得材料与导电剂、粘结剂混合后涂布、制备极片、组装扣式半电池，对电池进行电化学性能评价，结果为：0.1C首次放电比容量为198本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料。

【技术特征摘要】
1.一种钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料。2.根据权利要求1所述的钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料，其特征在于，钠基氧化剂为过氧化钠、铋酸钠、锑酸钠中的一种或几种。3.一种权利要求1或2所述的钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料的制备方法，其特征在于，将锂源与钠基氧化剂混合均匀；再加入镍钴铝氢氧化物，继续混合均匀；将混合好的混合料进行煅烧。4.根据权利要求3所述的钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料的制备方法，其特征在于，按照摩尔百分数计，钠基氧化剂的用量为镍钴铝氢氧化物用量0.1-2％。5.根据权利要求3所述的钠基氧化剂掺杂的镍钴铝酸锂材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王夏阳，张超，寇亮，张诚，王继锋，田占元，邵乐，
申请(专利权)人：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61