一种高镍三元锂电池电极材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高镍三元锂电池电极材料及制备方法，包括以下步骤：S1.制备钼酸铵溶液：将钼酸铵加入去离子水中，加热搅拌溶解，得到钼酸铵溶液；S2.制备二硫化钼：将S1步骤中的钼酸铵溶液加入硫化器中，再向硫化器中通入硫化氢气体将钼酸铵反应生成硫代钼酸铵，升温升压后酸化反应生成二硫化钼；S3.活化二硫化钼：将S2步骤中制备得到的二硫化钼加入氯化钯‑盐酸溶液中超声活化处理；S4.制备前驱体；S5.制备电极材料：将S4步骤中预稳定的高镍三元前躯体中加入氢氧化锂，研磨，烧结，得到锂电池电极材料。本发明专利技术具有副反应少、首次放电容量高、容量保持率高以及库伦效率高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高镍三元锂电池电极材料及制备方法
本专利技术涉及三元电池制备
，具体涉及一种高镍三元锂电池电极材料及制备方法。
技术介绍
锂离子电池和传统的蓄电池比较起来，不但能量更高，放电能力更强，循环寿命更长，而且其储能效率能够超过90%,以上特点决定了锂离子电池在电动汽车、存储电源等方面极具发展前景。决定锂离子动力电池成本和性能的关键在于材料，锂离子动力电池的材料决定了电动汽车的发展路线和运行模式。因此，突破锂离子动力电池的瓶颈问题，关键在于材料问题的解决。目前商业化的锂离子电池目前主要采用LiCoO2作为正极材料，但LiCoO2存在安全性和耐过充性问题，Co属于稀有资源，价格昂贵，且金属钴容易对环境造成污染。而LiNiO2的稳定性差，容易引起安全问题，需在氧气气氛下合成，并且容易发生阳离子混排和生成非化学计量比结构化合物。LiMn2O4在循环过程中容易发生晶型转变以及锰离子的溶解，导致电池容量衰减。目前，高镍三元正极材料还存在加工性能不好，存在不可逆反应，高温循环性能差等问题。由于Li+和Ni2+半径相近，Ni2+容易占据Li+位，造成离子混排，导致活性锂减少和容量降低，PH值和表面残锂偏高，影响材料加工性能，难以和浆涂布。在高温条件下，会被HF等腐蚀，破坏界面结构，进而导致金属Ni、Co、Mn在电解液中的溶解，造成容量的衰减。富镍体系的三元材料具有容量高、价格低等优势，是目前三元正极材料的重要发展方向。但是富镍体系的三元材料其循环稳定性较差，采用表面修饰来改善富镍三元正极材料的电化学性能，可以减少材料与电解液的副反应，抑制金属离子溶解，优化材料的循环性能，但对抑制反复充放电过程中材料结构的坍塌有限。因此，目前在高镍三元电池应用推广中，防止富镍三元正极材料的结构坍塌至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高镍三元锂电池电极材料及制备方法，解决了副反应多、循环过程中容量衰减以及热稳定性差的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高镍三元锂电池电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1制备钼酸铵溶液：将钼酸铵加入去离子水中，加热搅拌溶解，得到钼酸铵溶液；S2制备二硫化钼：将S1步骤中的钼酸铵溶液加入硫化器中，再向硫化器中通入硫化氢气体将钼酸铵反应生成硫代钼酸铵，升温升压后酸化反应生成二硫化钼，过滤，洗涤2-3次，干燥，得到二硫化钼待用；S3活化二硫化钼：将S2步骤中制备得到的二硫化钼加入氯化钯-盐酸溶液中超声活化处理，过滤，洗涤2-3次，得到活化二硫化钼待用；S4制备前驱体：硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比（6-8）：（0.8-1.2）：（0.8-1.2）加入反应器中，加入S3步骤得到的活化的二硫化钼，加热反应得到预稳定的高镍三元前躯体；S5制备电极材料：将S4步骤中预稳定的高镍三元前躯体中加入氢氧化锂，研磨，烧结，得到锂电池电极材料。高镍三元锂电池电极材料及制备方法，通过将二硫化钼活化，将高镍三元材料在扭曲的二硫化钼层结构上生长，一方面形成保护，抑制表面的副反应，改善表面结构的稳定性，从而减少循环过程中的容量衰减，提高热稳定性。进一步地，所述S1步骤中钼酸铵加热溶解的温度为40-50℃，钼酸铵溶液的浓度为1.2-1.5mol/L。进一步地，所述S2步骤中硫化氢气体的时间为2-3h；所述S2步骤中升温升压的温度为80-100℃，压力为1.6-2.0MPa，反应时间40-50min；所述S2步骤中干燥温度为80-90℃，干燥时间为2-3h。进一步地，所述S2步骤中酸化采用的酸化剂为盐酸，酸化后pH为2-3；所述洗涤采用的洗液为0.005-0.02mol/L氢氧化钠溶液。进一步地，所述S3步骤中氯化钯-盐酸溶液的制备方法为：将氯化钯与质量分数为15%的盐酸水溶液按照质量比为1：（90-100）混合制备；所述S3步骤中超声时间为20-30min；所述S3步骤中洗涤采用的洗液为0.005-0.02mol/L氢氧化钠溶液。进一步地，所述S4步骤中活化的二硫化钼加入量为硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰三者总质量的8-12%；所述S3步骤中加热温度为90-120℃，反应时间为30-40min。进一步地，所述S5步骤中氢氧化锂的加入量为预稳定的高镍三元前躯体质量的1.0-3.0%；所述烧结采用激光烧结，所述激光为CO2激光，激光功率为800-1000W，扫描速率0.8-1.0m/min，光斑直径为1.0-1.2mm，预热温度为70-80℃。上述高镍三元锂电池电极材料的制备方法制备得到的高镍三元锂电池电极材料。本专利技术的有益效果是：1.高镍三元锂电池电极材料及制备方法，通过将二硫化钼活化，将高镍三元材料在扭曲的二硫化钼层结构上生长，一方面形成保护，抑制表面的副反应，从而减少循环过程中的容量衰减，提高热稳定性；2.钼酸铵的溶解温度低，稍微加热之后加快溶解速率面对后续反应无不利影响，在钼酸铵转化为硫代钼酸铵之后形成二硫化钼，采用盐酸酸化，酸化试剂成本低，反应产率高，酸化之后采用氢氧化钠碱液洗涤，能中和二硫化钼表面的酸液，且与二硫化钼不发生化学反应，也不能溶解二硫化钼；3.氯化钯-盐酸溶液的活化效果好，超声设备常见，成本较低，对人员的操作要求小，超声时间短；氯化钯-盐酸溶液过滤后可循环使用，降低使用成本；采用激光二氧化碳烧结，制备得到的高镍三元锂电池的电极材料的稳定性高，容量衰减小。具体实施方式下面结合具体实施例进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。实施例1一种高镍三元锂电池电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1制备钼酸铵溶液：将钼酸铵加入去离子水中，加热搅拌溶解，得到钼酸铵溶液；S2制备二硫化钼：将S1步骤中的钼酸铵溶液加入硫化器中，再向硫化器中通入硫化氢气体将钼酸铵反应生成硫代钼酸铵，升温升压后酸化反应生成二硫化钼，过滤，洗涤2次，干燥，得到二硫化钼待用；S3活化二硫化钼：将S2步骤中制备得到的二硫化钼加入氯化钯-盐酸溶液中超声活化处理，过滤，洗涤2次，得到活化二硫化钼待用；S4制备前驱体：硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比6：0.8：1.2加入反应器中，加入S3步骤得到的活化的二硫化钼，加热反应得到预稳定的高镍三元前躯体；S5制备电极材料：将S4步骤中预稳定的高镍三元前躯体中加入氢氧化锂，研磨，烧结，得到锂电池电极材料。具体地，所述S1步骤中钼酸铵加热溶解的温度为40℃，钼酸铵溶液的浓度为1.2mol/L。具体地，所述S2步骤中硫化氢气体的时间为2h；所述S2步骤中升温升压的温度为80℃，压力为1.6MPa，反应时间40min；所述S2步骤中干燥温度为80℃，干燥时间为2h。具体地，所述S2步骤中酸化采用的酸化剂为盐酸，酸化后pH为2；所述洗涤采用的洗液为0.005mol/L氢氧化钠溶液。具体地，所述S3步骤中氯化钯-盐酸溶液的制备方法为：将氯化钯与质量分数为15%的盐酸水溶液按照质量比为1：90混合制备；所述S3步骤中超声时间为20min；所述S3步骤中洗涤采用的洗液为0.005mol/L氢氧化钠溶液。具体地，所述S4步骤中活化的二硫化钼加入量为硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰三者总质量的8%；所述S3步骤中加热温度为90℃，反应时间为30min。具体地，所述S5步骤中氢氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍三元锂电池电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1 制备钼酸铵溶液：将钼酸铵加入去离子水中，加热搅拌溶解，得到钼酸铵溶液；S2制备二硫化钼：将S1步骤中的钼酸铵溶液加入硫化器中，再向硫化器中通入硫化氢气体将钼酸铵反应生成硫代钼酸铵，升温升压后酸化反应生成二硫化钼，过滤，洗涤2‑3次，干燥，得到二硫化钼待用；S3活化二硫化钼：将S2步骤中制备得到的二硫化钼加入氯化钯‑盐酸溶液中超声活化处理，过滤，洗涤2‑3次，得到活化二硫化钼待用；S4制备前驱体：硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比（6‑8）：（0.8‑1.2）：（0.8‑1.2）加入反应器中，加入S3步骤得到的活化的二硫化钼，加热反应得到预稳定的高镍三元前躯体；S5制备电极材料：将S4步骤中预稳定的高镍三元前躯体中加入氢氧化锂，研磨，烧结，得到锂电池电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元锂电池电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1制备钼酸铵溶液：将钼酸铵加入去离子水中，加热搅拌溶解，得到钼酸铵溶液；S2制备二硫化钼：将S1步骤中的钼酸铵溶液加入硫化器中，再向硫化器中通入硫化氢气体将钼酸铵反应生成硫代钼酸铵，升温升压后酸化反应生成二硫化钼，过滤，洗涤2-3次，干燥，得到二硫化钼待用；S3活化二硫化钼：将S2步骤中制备得到的二硫化钼加入氯化钯-盐酸溶液中超声活化处理，过滤，洗涤2-3次，得到活化二硫化钼待用；S4制备前驱体：硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰按摩尔比（6-8）：（0.8-1.2）：（0.8-1.2）加入反应器中，加入S3步骤得到的活化的二硫化钼，加热反应得到预稳定的高镍三元前躯体；S5制备电极材料：将S4步骤中预稳定的高镍三元前躯体中加入氢氧化锂，研磨，烧结，得到锂电池电极材料。2.根据权利要求1所述的一种高镍三元锂电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中钼酸铵加热溶解的温度为40-50℃，钼酸铵溶液的浓度为1.2-1.5mol/L。3.根据权利要求1所述的一种高镍三元锂电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中硫化氢气体的时间为2-3h；所述S2步骤中升温升压的温度为80-100℃，压力为1.6-2.0MPa，反应时间40-50min；所述S2步骤中干燥温度为80-90℃，干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红梅，高金娟，高伟，韩娟，李朝，刘玉才，
申请(专利权)人：陈红梅，高金娟，高伟，韩娟，李朝，刘玉才，
类型：发明
国别省市：河北,13