一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤:1)、将葡萄糖超声分散于纯水中，在160‑200℃下进行水热反应，后得到碳球；2)、将碳球加入硝酸镍溶液中，加入氨水，处理后得到吸附了镍离子的碳球粉末；3)、将二者混匀后在氧气氛下以4.5～7℃/min的升温速率升置480～510℃，然后以1～3℃/min的升温速率升至600‑750℃下保温8‑15h，自然冷却粉碎、过筛后得到空心球镍酸锂。本发明专利技术制备得到的镍酸锂具有很好的空心球结构，粒度分布均匀，而且具有较大的比表面积，增加了与电解液的接触面积，增加了反应活性，提高了镍酸锂的比容量；够有效的缓冲Li

Preparation of a Hollow Spherical Lithium Nickelate Cathode Material with High Ratio

The invention discloses a preparation method of high-rate hollow sphere lithium nickelate cathode material, which includes the following steps: 1) ultrasonic dispersion of glucose in pure water, hydrothermal reaction at 160 200 C, and then carbon sphere is obtained; 2) carbon sphere is added into nickel nitrate solution, ammonia water is added, and carbon sphere powder adsorbed nickel ion is obtained after treatment; 3) mixing the two into oxygen atmosphere; Hollow sphere lithium nickel oxide was obtained by natural cooling, crushing and sieving at the heating rate of 4.5-7 C/min, 480-510 C, and then at the heating rate of 1-3 C/min, it was heated to 600-750 C for 8-15h. The lithium nickelate prepared by the invention has good hollow sphere structure, uniform particle size distribution, large specific surface area, increased contact area with electrolyte, increased reaction activity, and improved specific capacity of lithium nickelate; and it can effectively buffer Li.

【技术实现步骤摘要】
一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池用正极材料的
，尤其是涉及一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池与铅酸、镉镍等其他类型的电池相比具有比容量大、工作电压高、充电速度快、工作温度范围宽、循环寿命长、体积小、重量轻、绿色无污染等优点。目前，已广泛应用于电动汽车、移动电话、笔记本电脑、电动工具等领域，并且其应用范围越来越广泛，但随着应用领域的不断扩大，对高能量密度的锂离子电池的需求也在增加，而锂离子电池中正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料。传统锂离子电池中常采用钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂或者镍钴锰酸锂等作为锂离子电池的正极材料，钴酸锂由于钴资源的稀缺，昂贵的价格限制了它的发展潜力；锰酸锂虽然成本低廉，资源丰富，但其能量密度较低，高温循环性能差等缺点也限制了其大规模的应用；磷酸铁锂虽然具备了良好的结构稳定性及循环性、原料来源广泛、价格低廉等优点，但由于其电子电导率较低，并且锂离子在其内部的扩散速率较小，能量密度偏低等因素也一定程度上限制了其在多领域的发展。镍钴锰酸锂虽然兼顾到各种材料性能，但也由于其含有钴而且前驱体制备工艺复杂而导致其成本一直居高不下。镍酸锂凭借其比容量较高，成本低廉也开始被市场所关注，但又因其倍率性能及循环性能较差而导致其商业化进展缓慢，目前主流的技术是通过掺钴、铝、锰等的路线来合成富镍材料从而提升镍酸锂的倍率性能及循环性能，然而此类方法不仅牺牲了镍酸锂的容量，而且造成了成本的大幅上升。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中镍酸锂正电池的倍率性能及循环性能较差而导致其商业化进展缓慢的缺陷，提供一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤:1)、将葡萄糖超声分散于纯水中，在160-200℃下进行水热反应，反应结束后，抽滤洗涤、干燥，得到碳球；2)、将碳球加入硝酸镍溶液中，加入氨水，超声分散，搅拌，水洗，冷冻干燥后得到了吸附了镍离子的碳球粉末；优选的，超声分散后，在50℃下搅拌24小时；3)、称取适量氢氧化锂及吸附镍离子的碳球粉末混合均匀，然后在氧气氛下以4.5～7℃/min的升温速率升置480～510℃，然后以1～3℃/min的升温速率升至600-750℃下保温8-15h，自然冷却至100℃±10℃时取出产品，粉碎、过筛后得到空心球镍酸锂。优选的，在氧气氛下以5℃/min的升温速率升置480～510℃，然后以2℃/min的升温速率升至600-750℃。进一步的，所述的步骤1)中葡萄糖溶液的浓度是0.5-2mol/L，反应时间为4-12h。进一步的，所述的步骤2)中硝酸镍溶液的浓度为0.5-2mol/L。进一步的，所述的步骤2)中，硝酸镍溶液与氨水的体积比为5:1-2。进一步的，所述的步骤3)中，氢氧化锂及吸附镍离子的碳球粉末中Li：Ni的摩尔比1-1.05:1。进一步的，所述的步骤3)中，氢氧化锂为电池级微粉，粒度D50为0.5-3μm。本专利技术所达到的有益效果是：一、本专利技术制备得到的镍酸锂具有很好的空心球结构，粒度分布均匀，而且具有较大的比表面积，增加了与电解液的接触面积，增加了反应活性，提高了镍酸锂的比容量；二、空心球结构还能够有效的缩短锂离子扩散的距离，从而提高材料的倍率性能；提供额外的空隙，这些空隙能够有效的缓冲了Li+离子在重复脱嵌过程中产生的体积和应力变化，提高了镍酸锂材料的循环稳定性。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是实施例1制备的碳球的透射电镜图；图2是实施例1制备的镍酸锂的扫描电镜图；图3是实施例1制备的镍酸锂的充放电曲线图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤:步骤1：称取葡萄糖600g溶解于3.5L纯水中，超声分散，使葡萄糖全部溶解，配成浓度为0.952mol/L的葡萄糖溶液，在180℃下水热反应8h，将产物抽滤、洗涤、干燥得到碳球(碳球的透射电镜图如图1所示)。步骤2：将上述碳球加入5L的浓度为0.5mol/L的硝酸镍溶液中，并加入1L的氨水进行超声分散，将超声后的混合液在50℃的磁力搅拌锅中搅拌24h，随后用超纯水洗涤并经冷冻干燥后得到吸附镍离子的碳球粉末。步骤3：按照Li：Ni＝1.02:1称取电池级氢氧化锂及步骤2中吸附镍离子的碳球粉末混合均匀，至于气氛炉中以5℃/min的升温速率升置500℃，然后以2℃/min的升温速率升至680℃下保温10h，全程氧气氛，自然冷却至100℃取出产品，粉碎、过筛后得到空心球镍酸锂(如图2所示)。将上述空心球镍酸锂作为正极，以锂片作为负极，组装成2025扣式电池，在0.1C、2.75V-4.3V电压范围内充放，测得材料的首次充电比容量为245.4mAh/g，首次放电比容量为220.1mAh/g及首次效率为89.7％(如图3所示)，在0.2C、0.5C、1C时的放电比容量分别为，213.2mAh/g，204.7mAh/g，197.6mAh/g，并在1C、2.75-4.3V电压范围内循环50周容量保持率97.2％。对比例步骤1：按照Li：Ni＝1.02:1称取电池级氢氧化锂及球形氢氧化镍混合均匀，至于气氛炉中以5℃/min的升温速率升置500℃，然后以2℃/min的升温速率升至680℃下保温10h，全程氧气氛，自然冷却至100℃取出产品，粉碎、过筛后得到球形镍酸锂。将上述球形镍酸锂作为正极，以锂片作为负极，组装成2025扣式电池，在0.1C、2.75V-4.3V电压范围内充放，测得材料的首次充电比容量为240.5mAh/g，首次放电比容量为206.8mAh/g及首次效率为86％，在0.2C、0.5C、1C时的放电比容量分别为，194.5mAh/g，175.1mAh/g，151.3mAh/g，并在1C、2.75-4.3V电压范围内循环50周容量保持率75.6％。实施例2步骤1：称取葡萄糖900g溶解于3.5L纯水中，超声分散，使葡萄糖全部溶解，配成浓度为1.428mol/L的葡萄糖溶液，在190℃下水热反应10h，将产物抽滤、洗涤、干燥得到碳球。步骤2：将上述碳球加入5L的浓度为1.5mol/L的硝酸镍溶液中，并加入2L的氨水进行超声分散，将超声后的混合液在50℃的磁力搅拌锅中搅拌24h，随后用超纯水洗涤并经冷冻干燥后得到吸附镍离子的碳球粉末。步骤3：按照Li：Ni＝1.035:1称取电池级氢氧化锂及步骤2中吸附镍离子的碳球粉末混合均匀，至于气氛炉中以5℃/min的升温速率升置500℃，然后以2℃/min的升温速率升至700℃下保温8h，全程氧气氛，自然冷却至100℃取出产品，粉碎、过筛后得到空心球镍酸锂。将上述空心球镍酸锂作为正极，以锂片作为负极，组装成2025扣式电池，在0.1C、2.75V-4.3V电压范围内充放，测得材料的首次充电比容量为241.8mAh/g，首次放电比容量为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:1)、将葡萄糖超声分散于纯水中，在160‑200℃下进行水热反应，反应结束后，抽滤洗涤、干燥，得到碳球；2)、将碳球加入硝酸镍溶液中，加入氨水，超声分散，搅拌，水洗，冷冻干燥后得到了吸附了镍离子的碳球粉末；3)、称取适量氢氧化锂及吸附镍离子的碳球粉末混合均匀，然后在氧气氛下以4.5～7℃/min的升温速率升置480～510℃，然后以1～3℃/min的升温速率升至600‑750℃下保温8‑15h，自然冷却至100℃±10℃时取出产品，粉碎、过筛后得到空心球镍酸锂。

【技术特征摘要】
1.一种高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:1)、将葡萄糖超声分散于纯水中，在160-200℃下进行水热反应，反应结束后，抽滤洗涤、干燥，得到碳球；2)、将碳球加入硝酸镍溶液中，加入氨水，超声分散，搅拌，水洗，冷冻干燥后得到了吸附了镍离子的碳球粉末；3)、称取适量氢氧化锂及吸附镍离子的碳球粉末混合均匀，然后在氧气氛下以4.5～7℃/min的升温速率升置480～510℃，然后以1～3℃/min的升温速率升至600-750℃下保温8-15h，自然冷却至100℃±10℃时取出产品，粉碎、过筛后得到空心球镍酸锂。2.如权利要求1所述的高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1)中葡萄糖溶液的浓度是0.5-2mol/L，反应时间为4-12h。3.如权利要求1或2所述的高倍率空心球镍酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2)中硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱飞鹏，马岩华，唐朝辉，赵春阳，李佳军，邓亚烽，陆科炯，
申请(专利权)人：无锡晶石新型能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32