一种低钴高镍三元锂的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种低钴高镍三元锂的制备方法及应用，制备方法包括：将摩尔比为8.75:0.25:1的硝酸镍、硝酸钛和硝酸锰的混合水溶液喷雾干燥得到前驱体；将前驱体、牵引剂和氢氧化锂按照30:1:30摩尔比于水中制得悬浊液，后于120~180℃条件下搅拌6~12h后喷雾干燥，再于650~850℃、氧气氛中煅烧4~8h即得；前驱体的制备方法包括：向醋酸锂的乙醇‑水溶液中滴加钛酸四丁酯再加硝酸钴水溶液形成凝胶；后于100~120℃恒温8~12h，再蒸发结晶即得。该方法先利用晶胞参数较好的钛元素改善三元材料的晶胞结构，再利用牵引剂引发钛钴互换，从而获得更优晶胞参数结构的高镍三元材料。这一三元材料因晶胞结构的改进，在进一步降低钴含量的同时极大程度上提升了其热稳定性、循环寿命、以及安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种低钴高镍三元锂的制备方法与应用
本专利技术属于化学电源
，具体涉及一种通过特殊牵引剂(LiTi0.25Co0.75O2)引发的离子替代法合成的低钴高镍三元锂(NCM，LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2)作为锂离子电池正极材料的制备方法与应用。
技术介绍
随着锂离子电池在电子设备中的应用和锂离子电池有望解决动力电池领域的问题，近年来人们对锂离子电池的关注大大提高了。然而，随着人们对续航里程需求的不断提升，原有的锂离子电池电极材料体系已经很难继续满足。因此开发新型高能量密度的锂离子电池电极材料迫在眉睫。因此高镍三元锂(811)作为新一代高能量密度正极材料成为了人们重点研究对象。在三元材料体系中随着镍的比重上升材料容量得以升高，同时，随着钴的比重下降，材料的热稳定性会产生较大的下降。目前大部分的研究都集中于包覆与掺杂，并不能本质上解决该材料的热稳定性差以及循环稳定性差等问题。因此从晶胞参数本身入手，采用离子替代的方法会是一个不错的方向。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种通过特殊牵引剂(LiTi0.25Co0.75O2)引发的离子替代法合成的低钴高镍三元锂(NCM，LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2)的制备方法及应用。该方法先通过Ti元素进入NCM体系获得稳定性较高的晶胞结构，然后再以特殊牵引机理将Ti元素等结构替换为Co元素，从而极大地提升了高镍NCM体系的热稳定性以及循环稳定性。本专利技术所述的低钴高镍三元锂的制备方法，包括以下步骤：(1)配置硝酸镍、硝酸钛和硝酸锰的混合水溶液，并喷雾干燥，得到前驱体，所述硝酸镍、硝酸钛和硝酸锰的摩尔比为8.75:0.25:1；(2)将所述前驱体、牵引剂和氢氧化锂按照30:1:30的摩尔比投入去离子水中制得悬浊液；(3)将所述悬浊液于120～180℃条件下搅拌6～12h，之后喷雾干燥得到LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2；(4)将LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2置于650～850℃下，于氧气氛中煅烧4～8h即得最终产品低钴高镍三元锂(LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2)；其中，步骤(2)所述前驱体的制备方法包括如下步骤：(2-1)配置醋酸锂的乙醇溶液，之后加入去离子水，并缓慢搅拌；(2-2)向步骤(2-1)得到的溶液中缓慢滴加钛酸四丁酯并继续搅拌，加入硝酸钴水溶液形成凝胶；(2-3)将所述凝胶置于100～120℃条件下恒温8～12h，使得凝胶重新成为溶液；(2-4)将步骤(2-3)所得溶液蒸发结晶得到所述牵引剂。步骤(1)所述前驱体为Ni0.875Ti0.025Mn0.1(OH)2所述牵引剂为LiTi0.25Co0.75O2。步骤(2-2)中，钛酸四丁酯与硝酸钴的摩尔比为1:3。步骤(1)中，喷雾干燥进料温度为140～180℃。本专利技术的第二目的在于提供一种由上述方法制备所得到的LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2。本专利技术的第三目的在于提供一种采用上述方法制备所得到的低钴高镍三元锂制备锂离子电池正极的方法，包括以下步骤：将低钴高镍三元锂、聚偏氟乙烯(PVDF)和超级磷炭黑(SuperPcarbonblack)，混合后分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌使聚偏氟乙烯(PVDF)溶解，并混合均匀，然后涂布于5～20微米厚的双面光铝箔上，得到正极铝箔片，裁剪后直接与锂片组装成锂离子半电池。所述低钴高镍三元锂、聚偏氟乙烯和超级磷炭黑的质量比为70～80:10～20:10～20。所述聚偏氟乙烯(PVDF)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)的质量体积比为10～50mg/mL。本专利技术技术方案中未说明的内容均根据行业常规操作即可实现。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种低钴高镍三元锂(LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2)作为锂离子电池正极材料的制备方法和应用。该方法先利用晶胞参数较好的Ti元素改善三元材料的晶胞结构，再以离子替换的方式利用牵引剂用钴替换掉钛，从而获得更优晶胞参数结构的高镍三元材料。这一三元材料因晶胞结构的改进，在进一步降低钴含量的同时具有高热稳定性，高循环稳定性的效果。附图说明图1是实施例1所制备的LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2的扫描电镜照片。图2是实施例1所制备的LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2的XRD图谱。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做出详细说明。试剂来源：超级磷炭黑(SuperPcarbonblack)购自瑞士特密高石墨有限公司。其他未做说明的试剂均为市场可购买所得。实施例1LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2正极材料的制备包括以下步骤：(1)准确称取2.25g醋酸锂溶于20mL无水乙醇中，加入100mL去离子水，用磁力搅拌器缓慢搅拌；(2)向步骤(1)得到的溶液中缓慢滴加0.5mol钛酸四丁酯并继续搅拌，加入含有1.5mol硝酸钴的饱和溶液，得到凝胶；(3)将上述凝胶置于120℃条件下恒温8h，凝胶重新变成溶液；(4)将(3)中所得溶液进行蒸发结晶，得到牵引剂(LiTi0.25Co0.75O2)；(5)取8.75mol硝酸镍，0.25mol硝酸钛，1mol硝酸锰溶解于去离子水中，并进行喷雾干燥，得到Ni0.875Ti0.025Mn0.1(OH)2前驱体；(6)取9mol的Ni0.875Ti0.025Mn0.1(OH)2前驱体，0.3mol牵引剂(LiTi0.25Co0.75O2)，以及9mol的LiOH分散于去离子水中制得悬浊液。(7)将步骤(6)中的悬浊液进行喷雾干燥得到初步产品；(8)将步骤(7)中的初步产品于700℃条件下于氧气氛中煅烧5h得到最终产品LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2。牵引剂的残留最终形成包覆层。实施例2LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2正极材料的制备包括以下步骤：(1)准确称取2.25g醋酸锂溶于20mL无水乙醇中，加入100mL去离子水，用磁力搅拌器缓慢搅拌；(2)向步骤(1)得到的溶液中缓慢滴加0.4mol钛酸四丁酯并继续搅拌，加入含有1.2mol硝酸钴的饱和溶液，得到凝胶；(3)将上述凝胶置于120℃条件下恒温8h，凝胶重新变成溶液；(4)将(3)中所得溶液进行蒸发结晶，得到牵引剂(LiTi0.25Co0.75O2)；(5)取17.5mol硝酸镍，0.5mol硝酸钛，2mol硝酸锰溶解于去离子水中，并进行喷雾干燥，得到Ni0.875Ti0.025Mn0.1(OH)2前驱体；(6)取18mol的Ni0.875Ti0.025Mn0.1(OH)2前驱体，0.6mol牵引剂(LiTi0.25Co0.75O2)，以及18mol的LiOH分散于去离子水中制得悬浊液。(7)将步骤(6)中的悬浊液进行喷雾干燥得到初步产品；(8)将步骤(7)中的初步产品于800℃条件下于氧气氛中煅烧4h得到最终产品LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2。实施例3LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2正极材料在锂离子电池中作为正极的应用应用1：准确称取160mg实施例1制备好的LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2，20mgPVDF，20mgSuperPc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低钴高镍三元锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置硝酸镍、硝酸钛和硝酸锰的混合水溶液，并喷雾干燥，得到前驱体，所述硝酸镍、硝酸钛和硝酸锰的摩尔比为8.75:0.25:1；(2)将所述前驱体、牵引剂和氢氧化锂按照30:1:30的摩尔比投入去离子水中制得悬浊液；(3)将所述悬浊液于120～180℃条件下搅拌6～12h，之后喷雾干燥得到LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2；(4)将LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2置于650～850℃下，于氧气氛中煅烧4～8h即得最终产品低钴高镍三元锂；其中，步骤(2)所述前驱体的制备方法包括如下步骤：(2‑1)配置醋酸锂的乙醇溶液，之后加入去离子水，并缓慢搅拌；(2‑2)向步骤(2‑1)得到的溶液中缓慢滴加钛酸四丁酯并继续搅拌，加入硝酸钴水溶液形成凝胶；(2‑3)将所述凝胶置于100～120℃条件下恒温8～12h，使得凝胶重新成为溶液；(2‑4)将步骤(2‑3)所得溶液蒸发结晶得到所述牵引剂。

【技术特征摘要】
1.一种低钴高镍三元锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置硝酸镍、硝酸钛和硝酸锰的混合水溶液，并喷雾干燥，得到前驱体，所述硝酸镍、硝酸钛和硝酸锰的摩尔比为8.75:0.25:1；(2)将所述前驱体、牵引剂和氢氧化锂按照30:1:30的摩尔比投入去离子水中制得悬浊液；(3)将所述悬浊液于120～180℃条件下搅拌6～12h，之后喷雾干燥得到LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2；(4)将LiNi0.875Co0.025Mn0.1O2置于650～850℃下，于氧气氛中煅烧4～8h即得最终产品低钴高镍三元锂；其中，步骤(2)所述前驱体的制备方法包括如下步骤：(2-1)配置醋酸锂的乙醇溶液，之后加入去离子水，并缓慢搅拌；(2-2)向步骤(2-1)得到的溶液中缓慢滴加钛酸四丁酯并继续搅拌，加入硝酸钴水溶液形成凝胶；(2-3)将所述凝胶置于100～120℃条件下恒温8～12h，使得凝胶重新成为溶液；(2-4)将步骤(2-3)所得溶液蒸发结晶得到所述牵引剂。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹亮，万远鑫，
申请(专利权)人：王丹亮，万远鑫，
类型：发明
国别省市：江苏,32