一种镍基材料的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种镍基材料的应用，其特征在于，将镍基材料应用作为抗湿度锂离子电池正极材料，所述镍基材料包括位于核层的富镍正极材料Li(Ni1-xMx)O2，其中0＜x≤0.4，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、Ti、Si中的至少一种；以及包覆在核层表面的贫镍壳层Li(Ni1-yMy)O2，其中0.6＜y＜1，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、Ti、Si中的一种或几种，贫镍壳层占镍基材料的1～40wt％。将本发明专利技术的镍基材料应用作为锂离子电池正极材料，能够获得核层与壳层连接紧密，不易脱落，且具有优异的抗湿度性能和电化学性能的锂离子电池正极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种镜基材料的应用
本专利技术涉及一种镍基材料的应用，尤其涉及一种镍基材料作为抗湿度锂离子电池正极材料的应用。
技术介绍
作为一种新型绿色二次电池，锂离子电池具有体积小、电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电小和无记忆效应等优点而受到越来越广泛的关注。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，极大地影响着锂离子电池的性能和制约着其发展。 镍基正极材料Li (NihMx) O2 (M为过渡金属)由于成本低、毒性小和容量高等特点吸引着众多研究者，成为最具发展潜力的动力锂离子电池正极材料之一。但镍基材料有一个突出的问题就是，由于表面镍含量高、吸水性强、对周围环境湿度敏感，镍基正极材料在空气中放置一段时间后电化学性能减弱明显。其原因是: 镍基材料吸水后发生以下反应: Li (Ni1JMx) 02+H20 — Ni0+Li0H+02 Li0H+C02 — Li2CO3 Li2C03+HF — LiF+C02 由于镍基材料吸水后表面生成了强碱性的氢氧化锂和碳酸锂，在混合浆料制造电池极片的过程中，容易使浆料成果冻状，难以完成涂布制片。此外，镍基材料吸水后，一部分活性物质转化为没有活性的N1，电化学性能减弱，其次，吸水后产生的碳酸锂与电解液中微量的氢氟酸反应产生二氧化碳，使电池产生气胀，使得目前高镍材料只能用于圆柱电池，如特斯拉采用的18650型圆柱电池。 为了改善镍基材料的电化学性能与抗湿度性，一种有效的方法是在镍基材料表面包覆一层其它成分的稳定金属化合物。已有的研究采用AlP04、AlF3、Si02、Mg0、Ti02等表面包覆可以提高材料的抗湿度性，然而这种包覆后核-壳材料在核-壳界面存在成分的急剧变化和结构的不一致，容易使壳层在循环过程中从核表面脱落。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，将一种镍基材料应用作为锂离子电池正极材料，从而获得核层与壳层连接紧密，不易脱落，结构稳定，且同时具有优异的抗湿度性能和电化学性能的锂离子电池正极材料。 本专利技术的技术方案: 一种镍基材料的应用，将镍基材料应用作为抗湿度锂离子电池正极材料，所述镍基材料包括位于核层的富镍正极材料Li (NihMx) O2，其中O < X彡0.4，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、T1、Si中的至少一种；以及包覆在核层表面的贫镍壳层Li (Ni^yMy) O2，其中0.6< y < 1，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、T1、Si中的一种或几种，贫镍壳层占镍基材料的I?40wt % ο 优选贫镍壳层占镍基材料的5_20wt %。 所述镍基材料的制备方法包括以下步骤:(I)将硫酸镍和M盐溶于水中，得到镍与M的摩尔比为1-x:x,0 < X ^ 0.4的富镍盐溶液，再将其与NaOH溶液、氨水溶液以并流加料的方式加入到高速搅拌的反应釜中，同时通入N2作为保护气体，控制体系的pH值为11?12，温度为50?60°C，NH4+浓度为0.1?3.0moI/L ； (2)将硫酸镍和M盐溶于水中，得到镍与M的摩尔比为1-y:y,0.6 < y < I的贫镍盐溶液,当富镍盐溶液经过步骤⑴反应后体积剩余20-30%时，将贫镍盐溶液与NaOH溶液、氨水溶液以并流加料的方式加入其中，并充分搅拌，继续反应，反应完成后，过滤、洗涤、干燥，得到镍基材料前驱体；(3)将步骤(2)中得到的前驱体与锂盐粉末按锂与前驱体中镍与M总量的摩尔比为1.0?1.1:1的比例混合，研磨，在700?900°C煅烧，得到镍基材料。 上述得到的镍基材料的D5tl优选为3?30 μ m。 上述得到的镍基材料的D5tl进一步优选为5?20 μ m。 步骤(2)中的干燥温度为70?130°C，干燥时间为8?24h。 步骤⑵中的干燥温度优选为80?120°C，干燥时间优选为10?20h。 步骤⑶中的煅烧时间为4?20h。 所使用的NaOH溶液的浓度为4?8mol/L，氨水溶液的浓度为0.1?4mol/L。 所述M盐为M的硫酸盐、硝酸盐和氯化物中的一种或几种。 所述锂盐为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂和硫酸锂中的一种或几种。 本专利技术的有益效果 专利技术人巧妙地将本专利技术的镍基材料应用作为抗湿度锂离子正极材料，发现该材料不仅核层与壳层连接紧密，不易脱落，结构稳定，并意外地发现其同时具有优异的电化学性能和抗湿度性能，有效解决了高镍材料作为锂离子正极材料时对湿度敏感性的问题；用其制备的电池材料适合加工与储存，可以用来制备满足数码产品、电动汽车和储能需要的锂离子动力电池。 【附图说明】 图1为实施例1制备的镍基材料的XRD图，从图中可以看出，其基本与LiN12标准图谱符合，说明掺杂不会对原LiN12结构产生很大的影响，能够保持原LiN12的基本结构。 图2为实施例1制备的镍基材料切面的SEM图，从图中可以看出，镍基材料呈球形且粒径大约为10.5 μ m，得到的镍基材料分布均匀，结构紧密，稳定性高。 图3为对比例I的正极材料在潮湿空气中放置7天前后的倍率循环曲线图。 图4为对比例I的正极材料在潮湿空气中放置7天前后的常温IC循环图。 图5为实施例1制备的镍基材料在潮湿空气中放置7天前后的倍率循环曲线图。 图6为实施例1制备的镍基材料在潮湿空气中放置7天前后的常温IC循环图。 图7为实施例2制备的镍基材料在潮湿空气中放置7天前后的常温IC循环图。 图8为实施例3制备的镍基材料在潮湿空气中放置7天前后的常温IC循环图。 【具体实施方式】 下面结合对比例及实施例对本专利技术作进一步的描述。 对比例I 使用Li(Nia9Coai)O2正极材料(金天能源材料有限公司，批号“11CH1219”)，将Li (Nia9Coai)O2正极材料分为两组，第一组直接装电池测试、第二组在潮湿空气中放置7天后分别按照下述方法进行电化学性能测试:用制备材料材料作为正极活性物质，锂片为负极，在手套箱中组装成CR2025扣式电池采用蓝电电池测试系统进行测试。正极膜的组成为m(ffittM):m(M):m(FVDF) = 8:1:1，采用蓝电电池测试系统进行测试，充放电电压为2.8? 4.3V，充放电倍率分别为0.1C、0.2C、0.5C、1C和2C，在常温(25°C )环境下进行循环性能测试。 如图3倍率性能测试所示，第一组0.1C首次放电比容量为SiemAhg—1，倍率充放电至2C放电比容量为HSmAhg—1，保持0.1C的80.1% ;第二组0.1C首次放电比容量为SOSmAhg-1，倍率充放电至2C放电比容量只有HSmAhg-1，保持0.1C的72.3%。 如图4循环性能测试所示，第一组常温IC首次放电比容量为lgSmAhg—1，循环100后比容量降至ISSmAhg—1，保有率为78.3%;第二组常温IC首次放电比容量为lSgmAhg—1，循环100后比容量仅有USmAhg—1，保持率为66.1%.可见，将Li(Nia9Coai)O2正极材料在空气中放置7天后，材料的比容量下降约1mAhg'倍率性能、循环性能明显减弱，主要原因是Li (Nia9Coai)O2材料吸收空气中的水分和二氧化碳等成分后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍基材料的应用，其特征在于，将镍基材料应用作为抗湿度锂离子电池正极材料，所述镍基材料包括位于核层的富镍正极材料Li(Ni1‑xMx)O2，其中0＜x≤0.4，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、Ti、Si中的至少一种；以及包覆在核层表面的贫镍壳层Li(Ni1‑yMy)O2，其中0.6＜y＜1，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、Ti、Si中的一种或几种，贫镍壳层占镍基材料的1～40wt％。

【技术特征摘要】
1.一种镍基材料的应用，其特征在于，将镍基材料应用作为抗湿度锂离子电池正极材料，所述镍基材料包括位于核层的富镍正极材料Li (NihMx) O2，其中0<x彡0.4，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、T1、Si中的至少一种；以及包覆在核层表面的贫镍壳层Li (NU) O2，其中0.6 < y < 1，M选自Co、Mn、Al、Fe、Mg、Zn、T1、Si中的一种或几种，贫镍壳层占镍基材料的I?40wt%。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，贫镍壳层占镍基材料的5-20wt%。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述镍基材料的制备方法包括以下步骤:(I)将硫酸镍和M盐溶于水中，得到镍与M的摩尔比为1-x:x,0 < X ^ 0.4的富镍盐溶液，再将其与NaOH溶液、氨水溶液以并流加料的方式加入到高速搅拌的反应釜中，同时通入N2作为保护气体，控制体系的PH值为11?12，温度为50?60°C，NH4+浓度为0.1?3.0mol/L ；(2)将硫酸镍和M盐溶于水中，得到镍与M的摩尔比为l-y:y，0.6<y< I的贫镍盐溶液，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国荣，杜柯，华传山，梁龙伟，彭忠东，曹雁冰，张亮，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43