一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料的制备方法，包括如下步骤：将上述技术方案所述的制备方法制备的含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体与锂源混合，煅烧得到正极材料。其中含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：A)将镍源和钴源的混合液与锰源溶液共同进料，并与沉淀剂和络合剂混合，发生共沉淀反应；B)停止步骤A)中锰源溶液进料，将铝源溶液与所述镍源和钴源的混合液共同进料，发生共沉淀反应；重复步骤A)、B)0～4次，得到含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体。本发明专利技术通过共沉淀法将锰和铝交替掺杂，充分发挥掺杂元素的稳定结构的作用，最终制备得到的正极材料电池容量高，循环性能好。成本低，应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是涉及一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料及其制备方法。
技术介绍
便携式电子和电动汽车主要采用锂离子电池作为储能装置，随着其对续航力要求的不断提高，锂离子电池也相应的需要更高的容量、更好的安全性、更长寿命等特点。在锂离子电池的所有组件中，尤其是专利技术超浓缩电解质后，电极材料成为提高其能量密度的主要瓶颈。一个很有前途的的三元正极材料：LiNi1-2xCoxMnxO2(NCM)，在电压为3.0～4.3V范围内时，比电容仅为130～150mAh/g，且具有较长的周期和循环寿命。并且有报道指出，当该材料电池容量的增加，不影响其使用寿命。因此，三元NCM正极材料，在提高电池容量方面已经在学术界和工业界引起了极大的研究兴趣。如阳离子/阴离子掺杂、涂层、浓度梯度的设计等等，然而，改良三元NCM前驱体材料的实际能力仍低于200mAh/g，且改良后的三元NCM材料的结构稳定性和循环性能也大大降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料，本专利技术制备得到的上述正极材料电池容量高，循环性能好。本专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料，化学分子式为Li(NixCoyMnzAlv)O2，其中，1≥x≥0.6，0.1≥y≥0.05，0.1≥z≥0，0.1≥v≥0。本专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体，包括镍钴锰共沉淀内层和设置于所述内层外的镍钴铝共沉淀外层。本专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：A)将镍源和钴源的混合液与锰源溶液共同进料，并与沉淀剂和络合剂混合，发生共沉淀反应；B)停止步骤A)中锰源溶液进料，将铝源溶液与所述镍源和钴源的混合液共同进料，发生共沉淀反应；重复步骤A)、B)0～4次，得到含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体。优选的，所述镍源和钴源的混合液的进料速度为200～800mL/h；所述锰源溶液的进料速度为20～90mL/h；所述铝源溶液的进料速度为20～90mL/h；所述镍源和钴源的混合液的质量浓度为0.5～3mol/L；锰源溶液的浓度为0.1～1mol/L；铝源溶液的浓度为0.1～1mol/L。优选的，所述镍源选自硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的一种或几种；所述钴源选自硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的一种或几种；所述锰源选自硫酸锰、硝酸锰和氯化锰中的一种或几种；所述铝源选自硫酸铝、硝酸铝、氯化铝和偏铝酸钠中的一种或几种；所述沉淀剂选自氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或几种；所述络合剂选自氨水和铵盐中的一种或几种。优选的，步骤A)所述反应pH值为10～12；所述反应在搅拌的下进行；所述搅拌速度为400～850r/min。优选的，步骤A)所述反应温度为40～60℃；所述反应时间为0.5～20h。本专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料的制备方法，包括如下步骤：将上述技术方案所述的制备方法制备的含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体与锂源混合，煅烧得到正极材料。优选的，所述煅烧温度为600～900℃；所述煅烧时间为6～20h。本专利技术提供了一种锂离子电池，其正极由上述技术方案所述的正极材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的正极材料制备得到。与现有技术相比，本专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料的制备方法，包括如下步骤：将上述技术方案所述的制备方法制备的含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体与锂源混合，煅烧得到正极材料。其中含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：A)将镍源和钴源的混合液与锰源溶液共同进料，并与沉淀剂和络合剂混合，发生共沉淀反应；B)停止步骤A)中锰源溶液进料，将铝源溶液与所述镍源和钴源的混合液共同进料，发生共沉淀反应；重复步骤A)、B)0～4次，得到含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体。本专利技术通过共沉淀法将锰和铝交替掺杂，充分发挥掺杂元素的稳定结构的作用，最终制备得到的正极材料电池容量高，循环性能好。成本低，应用范围广。附图说明图1为本专利技术前驱体NixCoyMnzAl0.1-z(OH)2结构示意图；图2为本专利技术前驱体NixCoyMnzAl0.1-z(OH)2SEM电镜图；图3为本专利技术实施例2制备的正极材料充放电循环性能及效能图。具体实施方式本专利技术提供了一种一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料，化学分子式为Li(NixCoyMnzAlv)O2，其中，1≥x≥0.6，0.1≥y≥0.05，0.1≥z≥0，0.1≥v≥0。其中掺杂元素Mn和Al占总原子摩尔比的10％，既z+v＝0.1。本专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体，包括镍钴锰共沉淀内层和设置于所述内层外的镍钴铝共沉淀外层。本专利技术对于所述内层和外层和层数不进行限定，可以为单独的一层镍钴锰共沉淀内层，一层镍钴铝共沉淀外层；也可以镍钴锰共沉淀内层/镍钴铝共沉淀外层/镍钴锰共沉淀内层/镍钴铝共沉淀外层的结构，重复的次数可以为1～4次。本专利技术其具体组分、比例和制备方法下述有清楚的描述。本专利技术提供了一种含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体的制备方法，包括如下步骤：A)将镍源和钴源的混合液与锰源溶液共同进料，并与沉淀剂和络合剂混合，发生共沉淀反应；B)停止步骤A)中锰源溶液进料，将铝源溶液与所述镍源和钴源的混合液共同进料，发生共沉淀反应；重复步骤A)、B)0～4次，得到含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体。本专利技术提供的含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体的制备方法首先配制镍源和钴源的混合液、锰源溶液、铝源溶液。其中，所述镍源和钴源的混合液的质量浓度优选为0.5～3mol/L；更优选为1～3mol/L；锰源溶液的浓度优选为0.1～1mol/L；更优选为0.2～0.8mol/L；最优选为0.2～0.7mol/L；铝源溶液的浓度优选为0.1～1mol/L；更优选为0.2～0.8mol/L；最优选为0.2～0.7mol/L。其中，镍源和钴源的混合液中，镍和钴的原子比优选为(0.6～1)：(0.05～0.1)；最优选为8～10:1。将镍源和钴源的混合液与锰源溶液共同进料。其中，所述镍源和钴源的混合液的进料速度优选为200～800mL/h；更优选为300～720mL/h；最优选为400～720mL/h；所述锰源溶液的进料速度优选为20～90mL/h；更优选为30～80mL/h；最优选为40～75mL/h。在本专利技术中，所述镍源选自硫酸镍、硝酸镍和氯化镍中的一种或几种；所述钴源选自硫酸钴、硝酸钴和氯化钴中的一种或几种；所述锰源选自硫酸锰、硝酸锰和氯化锰中的一种或几种。进料后，与沉淀剂和络合剂混合发生共沉淀反应。其中，所述沉淀剂优选选自氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或几种；所述络合剂优选选自氨水和铵盐中的一种或几种。所述反应pH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料，其特征在于，化学分子式为Li(NixCoyMnzAlv)O2，其中，1≥x≥0.6，0.1≥y≥0.05，0.1≥z≥0，0.1≥v≥0。

【技术特征摘要】
1.一种含铝的镍钴锰核壳结构的正极材料，其特征在于，化学分子式为Li(NixCoyMnzAlv)O2，其中，1≥x≥0.6，0.1≥y≥0.05，0.1≥z≥0，0.1≥v≥0。2.一种含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体，其特征在于，包括镍钴锰共沉淀内层和设置于所述内层外的镍钴铝共沉淀外层。3.一种含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A)将镍源和钴源的混合液与锰源溶液共同进料，并与沉淀剂和络合剂混合，发生共沉淀反应；B)停止步骤A)中锰源溶液进料，将铝源溶液与所述镍源和钴源的混合液共同进料，发生共沉淀反应；重复步骤A)、B)0～4次，得到含铝的镍钴锰核壳结构的三元前驱体。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述镍源和钴源的混合液的进料速度为200～800mL/h；所述锰源溶液的进料速度为20～90mL/h；所述铝源溶液的进料速度为20～90mL/h；所述镍源和钴源的混合液的质量浓度为0.5～3mol/L；锰源溶液的浓度为0.1～1mol/L；铝源溶液的浓度为0.1～1mol/L。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明炯，肖婷，赵伟倩，
申请(专利权)人：宁波纳微新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33