高电压型锂离子电池用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了一种高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料，所述镍钴锰酸锂的化学式为Li(NixCoyMn1‑x‑y)1‑a‑bLaaAlbO2，其中0≤a≤0.05、0≤b≤0.1、0.3≤x≤0.8、0.05≤y≤0.4；将镍钴锰前驱体、镧源、铝源、锂盐在卧式球磨机中球磨混合，然后在马氟炉中预烧处理，再在卧式球磨机中二次球磨混合，最后在高温管式炉中进行烧结得到最终产物，即用作正极材料的镍钴锰酸锂。本发明专利技术对镍钴锰酸锂正极材料进行La和Al共掺杂，不仅可以增大晶面间距以促进Li

【技术实现步骤摘要】
高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料及其制备方法，特别是一种高电压型锂离子电池用正极材料及其制备方法。
技术介绍
正极材料作为锂离子电池的关键组成之一，其性能在很大程度上决定了锂离子电池的性能。目前，随着市场对高能量密度电池体系的要求越来越高，正极材料的比容量已经成为制约锂离子电池发展的主要限制因素之一，因此开发高比容量的锂离子电池正极材料，对发展和改进锂离子电池具有深远的意义。目前主流的锂离子电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸亚铁锂等。但由于钴酸锂的高成本和安全性差，锰酸锂的高温循环与储存性能差，磷酸亚铁锂存在比容量较低和低温性能差等因素，这些正极材料的应用领域受到了限制，例如钴酸锂主要应用于消费类电子领域，如手机、电脑、移动电源等电子产品。镍钴锰酸锂正极材料由于Ni、Co、Mn三元素的协调效应，使其在能量密度、循环性能、安全性能及成本等综合性能方面具有优势，受到了人们的青睐。但是镍钴锰酸锂正极材料面临着高电压循环中容量衰减快、结构稳定性差等问题，因而限制了其在高电压正极材料中的应用。针对于镍钴锰酸锂所面临的问题，目前主要的改善方法是体相掺杂和表相包覆。体相掺杂作为一种有效的方法可以提升主体材料的结构稳定性，尤其是在高电压下，因此选择怎样的特定元素、如何进行掺杂，对提升主体材料的结构稳定性有很大的研究空间。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种用于高电压型锂离子电池的镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法，以改善镍钴锰酸锂正极材料在高电压循环中容量衰减快、结构稳定性差的现象。技术方案：一种高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料，所述镍钴锰酸锂的化学式为Li(NixCoyMn1-x-y)1-a-bLaaAlbO2，其中0≤a≤0.05、0≤b≤0.1、0.3≤x≤0.8、0.05≤y≤0.4。一种上述的高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料制备方法，包括以下步骤：步骤一：将镍钴锰前驱体、镧源、铝源、锂盐在卧式球磨机中球磨混合；步骤二：将步骤一所得的混合物在马氟炉中预烧处理；步骤三：将步骤二所得的材料在卧式球磨机中二次球磨混合；步骤四：将步骤三所得的混合物在高温管式炉中进行烧结得到最终产物，即用作正极材料的镍钴锰酸锂。进一步的，步骤一中，所述镍钴锰前驱体、镧源、铝源、锂盐按摩尔比1.0∶(0.001～0.005)∶(0.001～0.005)∶(0.6～1.1)配比。进一步的，步骤一中，所述镍钴锰前驱体为Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2、Ni0.55Co0.15Mn0.3(OH)2、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2、Ni0.65Co0.15Mn0.2(OH)2、Ni0.7Co0.15Mn0.15(OH)2、Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2、Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3、Ni0.55Co0.15Mn0.3CO3、Ni0.6Co0.2Mn0.2CO3、Ni0.65Co0.15Mn0.2CO3、Ni0.7Co0.15Mn0.15CO3、Ni0.8Co0.1Mn0.1CO3中的一种或任意组合。进一步的，步骤一中，所述镧源为氧化镧、氢氧化镧、碳酸镧水合物、硫酸镧水合物中的一种或任意组合，所述铝源为氧化铝、氢氧化铝、异丙醇铝、醋酸铝中的一种或任意组合，所述锂盐为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、醋酸锂中的一种或任意组合。进一步的，步骤一中，卧式球磨机转速为100～300r/min，球磨时间为1～6小时。进一步的，步骤二中，预烧温度为300～700℃，预烧时间为2～8小时。进一步的，步骤三中，卧式球磨机转速为100～300r/min，球磨时间为1～6小时。进一步的，步骤四中，烧结温度为600～1100℃，烧结时间为6～20小时。进一步的，步骤四中，高温管式炉中的烧结气氛为O2、N2、空气中的一种或任意组合。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、对镍钴锰酸锂正极材料进行La和Al共掺杂，得到掺杂型镍钴锰酸锂正极材料，不仅可以增大晶面间距以促进Li+迁移，提升高电压下晶体结构脱锂态的稳定性，而且有效减轻晶格体积和应力膨胀，在高电压下容量高和循环性能优异的特点，有效抑制了镍钴锰酸锂正极材料在高电压下无序-有序相变，以解决材料在高电压下循环中容量衰减快的问题，从而延长锂离子电池的使用寿命；2、制备过程所需设备简单，操作方便，易于实现工业化。附图说明图1为实施例1制得的最终产物的扫描电镜图；图2为实施例1制得的最终产物的电化学循环性能图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1一种高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料制备方法，包括以下步骤。步骤一：按摩尔比Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2∶La2O3∶Al(OH)3∶Li2CO3＝1∶0.0025∶0.005∶0.54，称量镍钴锰前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2以及La2O3、Al(OH)3、Li2CO3，置于卧式球磨机中球磨混合，卧式球磨机转速为200r/min，球磨时间为2.5小时。步骤二：将步骤一所得的混合物在马氟炉中预烧处理，预烧温度为550℃，预烧时间为8小时。步骤三：将步骤二所得的材料置于卧式球磨机中二次球磨混合，卧式球磨机转速为200r/min，球磨时间为2.5小时。步骤四：将步骤三所得的混合物在高温管式炉中进行烧结，烧结温度为860℃，烧结时间为15小时，高温管式炉中的烧结气氛为O2，从而得到用作正极材料的最终产物，为Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)0.99La0.005Al0.005O2。实施例2一种高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料制备方法，包括以下步骤。步骤一：按摩尔比Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2∶La2O3∶Al(OH)3∶Li2CO3＝1∶0.0025∶0.005∶0.54，称量镍钴锰前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2以及La2O3、Al(OH)3、Li2CO3，置于卧式球磨机中球磨混合，卧式球磨机转速为200r/min，球磨时间为2.5小时。步骤二：将步骤一所得的混合物在马氟炉中预烧处理，预烧温度为600℃，预烧时间为8小时。步骤三：将步骤二所得的材料置于卧式球磨机中二次球磨混合，卧式球磨机转速为300r/min，球磨时间为2小时。步骤四：将步骤三所得的混合物在高温管式炉中进行烧结，烧结温度为910℃，烧结时间为15小时，高温管式炉中的烧结气氛为O2，从而得到用作正极材料的最终产物，为Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)0.99La0.005Al0.005O2。实施例3一种高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料制备方法，包括以下步骤。步骤一：按摩尔比Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2∶La2O3∶Al(OH)3∶LiOH＝1∶0.0025∶0.005∶1.08，称量镍钴锰前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2以及La2O3、Al(OH)3、LiOH，置于卧式球磨机中球磨混合，卧式球磨机转速为200r/min，球磨时间为2.5小时。步骤二：将步骤一所得的混合物在马氟炉中预烧处理，预烧温度为500本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于：所述镍钴锰酸锂的化学式为Li(NixCoyMn1‑x‑y)1‑a‑bLaaAlbO2，其中0≤a≤0.05、0≤b≤0.1、0.3≤x≤0.8、0.05≤y≤0.4。

【技术特征摘要】
1.一种高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料，其特征在于：所述镍钴锰酸锂的化学式为Li(NixCoyMn1-x-y)1-a-bLaaAlbO2，其中0≤a≤0.05、0≤b≤0.1、0.3≤x≤0.8、0.05≤y≤0.4。2.一种权利要求1所述的高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将镍钴锰前驱体、镧源、铝源、锂盐在卧式球磨机中球磨混合；步骤二：将步骤一所得的混合物在马氟炉中预烧处理；步骤三：将步骤二所得的材料在卧式球磨机中二次球磨混合；步骤四：将步骤三所得的混合物在高温管式炉中进行烧结得到最终产物，即用作正极材料的镍钴锰酸锂。3.根据权利要求2所述的高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料制备方法，其特征在于：步骤一中，所述镍钴锰前驱体、镧源、铝源、锂盐按摩尔比1.0∶(0.001～0.005)∶(0.001～0.005)∶(0.6～1.1)配比。4.根据权利要求2所述的高电压型锂离子电池用镍钴锰酸锂正极材料制备方法，其特征在于：步骤一中，所述镍钴锰前驱体为Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2、Ni0.55Co0.15Mn0.3(OH)2、Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2、Ni0.65Co0.15Mn0.2(OH)2、Ni0.7Co0.15Mn0.15(OH)2、Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2、Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3、Ni0.55Co0.15Mn0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈道明，刘灿，成斌，张子轮，张安蕾，
申请(专利权)人：力信江苏能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32