一种镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开镍钴锰酸锂正极材料，镍钴锰酸锂正极材料是以镍酸镧纳米晶为异质结晶核心，在镍酸镧纳米晶上依附有一层镍钴锰酸锂晶粒，形成以镍酸镧为核心的镍钴锰酸锂微米晶团簇粉体，解决了现有的三元材料锂电池的高倍率容量性能差及循环稳定性差的问题，本发明专利技术的制备方法，通过预置纳米晶核提供镍钴锰酸锂的结晶核心，形成以镍酸镧骨架的镍钴锰酸锂团簇颗粒，提供内部导电通道，有利于提高和发挥镍钴锰酸锂三元材电池的充放电比容量，且该制备方法简单可行。

【技术实现步骤摘要】
一种镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池正极材料
，具体涉及一种镍钴锰酸锂正极材料，本专利技术还涉及该镍钴锰酸锂正极材料的制备方法。
技术介绍
在资源短缺，能源危机日趋严重的时机，随着社会工业和科学技术的不断进步，新能源产品的出来，极大地改变了原有的能源使用方式。锂离子电池因其具有较高的能量密度、较高的工作电压、较好的循环性能、较低的自放电率等优势，被认为是目前最理想的电化学能源。其中，正极材料作为锂离子电池中的锂源，是锂离子电池中最为重要的组成部分之一，目前广泛关注的是三元复合层状正极材料(LNCMO，LiNixCoyMnzO2，x＝0.3～0.8，y＝0.1～0.3：z＝1-x-y)，而LNCMO正极材料用于动力电池上，目前存在的问题主要有为高倍率下容量性能差及循环稳定性差；围绕上述问题，目前的研究思路主要是正极材料改性和表面包覆两大类。专利技术专利名称为：一种复合正极材料、其制备方法及包该复合正极材料的锂离子电池，专利号为CN106803586A，公开日为2017.06.06的专利公开了一种复合正极材料的制备方法，该专利技术通过在正极材料表面包覆ITO导电膜，提高导电性、阻隔电解液和正极材料的直接接触、降低副反应的发生，能够改善电池的倍率性能、循环性能和安全性能。专利技术专利名称为：一种稀土掺杂改性的锂离子电池三元正极材料及其制备方法，专利号为CN103855384A，公开日为2014.06.11的专利公开了一种稀土镧、铈、镨和钐中的一种或几种掺杂的三元材料改性方法，通过抑制锂离子错排和结构坍塌，一定程度上改善了三元材料的电化学性能。然而，专利号为CN106803586A的专利是对现行产业用三元材正极材料(粒径5～10μm)的包覆处理，专利号为CN103855384A的专利所合成的三元材正极材料同样也在5～10μm，与现行产品化的三元材正极材料粒径一致。出于能量密度、振实密度的考量，产业中通常采用5～10μm的材料粒径。这就决定了锂电池的高倍率、大电流下的充放电过程主要取决于锂离子在三元材料内部的扩散迁移速度。由于三元材料本身的导电性较差、锂离子迁移速率很小，大约为10-11cm2/sec，相应的目前的研究和专利均不能从原理上根本解决三元材料锂电池的高倍率容量、循环容量保持率性能。因此，从根本上解决三元材料高倍率充放电容量和保持率的出路在于保持现有压实密度的前提下，减小颗粒尺寸、提供更多的导电通道，这对于目前三元材料的锂离子电池的动力电池、高性能电池的应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种镍钴锰酸锂正极材料，解决了现有的三元材料锂电池的高倍率容量性能差及循环稳定性差的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法。本专利技术所采用的一个技术方案是，一种镍钴锰酸锂正极材料，镍钴锰酸锂正极材料是以镍酸镧纳米晶为异质结晶核心，在镍酸镧纳米晶上依附有一层镍钴锰酸锂晶粒，形成以镍酸镧为核心的镍钴锰酸锂微米晶团簇粉体。本专利技术的特点还在于，镍酸镧纳米晶的尺寸为30nm～80nm，形貌为粒型或纤维型；镍钴锰酸锂微米晶团簇粉体的尺寸为5μm～10μm。本专利技术所采用的另一个技术方案是，一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，具体按照如下步骤实施：步骤1、将镍酸镧纳米晶分散于分散溶剂中，通过超声分散或高能搅拌形成镍酸镧纳米晶的高分散悬浮体系；步骤2、将所述高分散悬浮体系与镍钴锰酸锂前驱粉体进行球磨混合，混合均匀后得到混合粉体，将所述混合粉体进行依次进行干燥及压块，得到块体；步骤3、将所述块体在气氛烧结炉中进行热处理，得到镍酸镧纳米晶为核心的镍钴锰酸锂正极材料的初品；步骤4、所述初品冷却后，依次进行破碎、球磨及筛分，最终得到镍酸镧纳米晶为核心的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体。本专利技术的特点还在于，步骤1中，所述镍酸镧纳米晶的制备过程具体过程如下：称取摩尔比为1：1：1的乙酸镍、硝酸镧、柠檬酸溶于去离子水中，得到质量浓度5％～10％的溶液，采用超声雾化器雾化该溶液，并在3L/min空气载气下将该雾化后的溶液以平均速度0.1cm/sec～1cm/sec输运到750℃～850℃的管式炉，在管腔末端的收集过滤器中收集反应产物，即得镍酸镧纳米晶。步骤1中，所述分散溶剂为去离子水或有机溶剂或二者的混合溶剂，所述有机溶剂为碳链长度介于2～10的醇溶剂或烷烃溶剂。步骤1中，高分散悬浮体系中，镍酸镧纳米晶的质量浓度为1％～15％。步骤2中，混合粉体中，镍酸镧纳米晶与镍钴锰酸锂前驱粉体的质量比为0.5％～15％。步骤2中，镍钴锰酸锂前驱粉体由镍、钴、锰、酸、锂的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、卤化物、硫化物的多种化合物组成，且镍钴锰酸锂前驱粉体中按照摩尔比计，锂：镍：钴：锰＝1：0.3～0.6：0.1～0.3：0.1～0.3。步骤2中，高分散悬浮体系与镍钴锰酸锂前驱粉体在去离子水、无水乙醇或正己烷中进行球磨混合。步骤3的具体过程如下：将块体放置于气氛为氮气-氧气混合气体、氮气-氢气混合气体或过滤空气的气氛马弗炉中，先在400℃～650℃下预烧结2h～4h，然后在800℃～950℃下烧结12h～32h，得到镍酸镧纳米晶预置的镍钴锰酸锂正极材料的初品。本专利技术的有益效果是，(1)本专利技术一种镍钴锰酸锂正极材料，利用团簇后颗粒尺寸5μm～10μm保证其正极材料的压实密度，利用镍酸镧核心提供颗粒内部的高导电性，利用微米、亚微米级镍钴锰酸锂晶粒缩短锂离子从晶粒中心到界面的扩散距离来缩短扩散时间，比常规三元材料降低约1个数量级，实现锂电池的高倍率容量和容量保持率，因此适合高倍率、高循环动力电池应用。(2)本专利技术的一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，通过预置纳米晶核提供镍钴锰酸锂的结晶核心，形成以镍酸镧骨架的镍钴锰酸锂团簇颗粒，提供内部导电通道，有利于提高和发挥镍钴锰酸锂三元材电池的充放电比容量，且该制备方法简单可行，和现行产业技术完全兼容，易于实现产业化。附图说明图1是本专利技术一种镍钴锰酸锂正极材料的结构示意图；图2是经雾化热分解方法制备的镍酸镧纳米晶的SEM形貌照片；图3是本专利技术制得的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体的XRD衍射谱；图4是本专利技术制得的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体的SEM照片；图5(a)是本专利技术制得的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体中Mn元素的EDS成分分析结果；图5(b)是本专利技术制得的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体中Co元素的EDS成分分析结果；图5(c)是本专利技术制得的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体中Ni元素的EDS成分分析结果；图5(d)是本专利技术制得的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体中La元素的EDS成分分析结果；图6是本专利技术制得的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体的Li半电池室温25℃下变倍率充、放电循环测试曲线；图7是本专利技术制得的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体的Li半电池室温50℃下变倍率充、放电循环测试曲线。图中，1.镍钴锰酸锂晶粒，2.镍酸镧纳米晶。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种镍钴锰酸锂正极材料，以具有良好导电性的镍酸镧(LNO)纳米晶2为异质结晶核心，在镍酸镧纳米晶2上依附有一层亚微米、微米级的镍钴锰酸锂(LNCMO)晶粒1，形成以镍酸镧为核心的镍钴锰酸锂微米晶团簇粉体，如图1所示。其中，镍酸镧纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于，所述镍钴锰酸锂正极材料是以镍酸镧纳米晶为异质结晶核心，在所述镍酸镧纳米晶上依附有一层镍钴锰酸锂晶粒，形成以镍酸镧为核心的镍钴锰酸锂微米晶团簇粉体。

【技术特征摘要】
1.一种镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于，所述镍钴锰酸锂正极材料是以镍酸镧纳米晶为异质结晶核心，在所述镍酸镧纳米晶上依附有一层镍钴锰酸锂晶粒，形成以镍酸镧为核心的镍钴锰酸锂微米晶团簇粉体。2.如权利要求1所述的一种镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于，所述镍酸镧纳米晶的尺寸为30nm～80nm，形貌为粒型或纤维型；所述镍钴锰酸锂微米晶团簇粉体的尺寸为5μm～10μm。3.一种如权利要求1所述的镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：步骤1、将镍酸镧纳米晶分散于分散溶剂中，通过超声分散或高能搅拌形成镍酸镧纳米晶的高分散悬浮体系；步骤2、将所述高分散悬浮体系与镍钴锰酸锂前驱粉体进行球磨混合，混合均匀后得到混合粉体，将所述混合粉体进行依次进行干燥及压块，得到块体；步骤3、将所述块体在气氛烧结炉中进行热处理，得到镍酸镧纳米晶为核心的镍钴锰酸锂正极材料的初品；步骤4、所述初品冷却后，依次进行破碎、球磨及筛分，最终得到镍酸镧纳米晶为核心的镍钴锰酸锂复合三元材料粉体。4.如权利要求3所述的一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述镍酸镧纳米晶的制备过程具体过程如下：称取摩尔比为1：1：1的乙酸镍、硝酸镧、柠檬酸溶于去离子水中，得到质量浓度5％～10％的溶液，采用超声雾化器雾化该溶液，并在3L/min空气载气下将该雾化后的溶液以平均速度0.1cm/sec～1cm/sec输运到750℃～850℃的管式炉，在管腔末端的收集过滤器中收...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫华，游才印，霍文，洪繁，郭少华，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61