【技术实现步骤摘要】
多壳层前驱体、梯度含量正极材料及其制备方法
本专利技术涉及电极材料
,且特别涉及多壳层前驱体、梯度含量正极材料及其制备方法。
技术介绍
目前,锂离子电池已经广泛应用于移动电话、电脑等电器设备,尤其是电动汽车和储能领域,锂离子电池正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能,其成本也直接决定电池成本高低。镍钴铝三元正极材料(NCA,即镍钴铝酸锂)具有高比容量、高电压以及良好的循环性能等优点,近年来引起了广泛的关注。NCA材料属于掺铝型镍钴系列正极材料,代表性材料是LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,该组分的正极材料相对于同系列材料具有较高的能量密度,但是耐过充能力差、热稳定性差、首次放电不可逆容量高等缺点。并且随Ni含量进一步增加,电池的容量增加,但是在充放电过程中因发生多次相变,造成材料循环性能和稳定性极大下降,导致安全隐患,而钴和铝元素可以提高热稳定性和循环稳定性,但会造成容量下降。为此,本专利技术提出一种梯度含量正极材料,内核镍元素的含量高,外壳镍元素和钴元素的含量逐渐降低而铝元素的含量逐渐增高,这样不但可以发挥正极材料高容量性能、同时还可以提高稳定性及循环性能。而现有技术制备梯度含量的锂离子电池正极材料的方法是通过制备梯度含量前驱体后再煅烧得到。梯度含量前驱体的制备方法是通过贫富两组溶液实现的,先分别配置高浓度铝溶液、原始铝浓度为零且含有一定量的低浓度铝溶液,然后将高浓度铝溶液匀速滴入到低浓度铝溶液,随高浓度铝溶液不断加入,低溶液铝溶液中的铝含量不断升高;采用相同方法配置高浓度镍钴溶液和低浓度 ...
【技术保护点】
1.一种多壳层前驱体,其特征在于,包括镍钴氢氧化物内核和包覆于所述镍钴氢氧化物内核的镍钴铝氢氧化物外层,所述镍钴铝氢氧化物外层为多层结构;/n在所述镍钴铝氢氧化物外层的多层结构中,铝元素含量自里层至外层依次增加。/n
【技术特征摘要】
1.一种多壳层前驱体,其特征在于,包括镍钴氢氧化物内核和包覆于所述镍钴氢氧化物内核的镍钴铝氢氧化物外层,所述镍钴铝氢氧化物外层为多层结构;
在所述镍钴铝氢氧化物外层的多层结构中,铝元素含量自里层至外层依次增加。
2.根据权利要求1所述的多壳层前驱体,其特征在于,镍元素的含量自里层至外层依次减少,钴元素的含量自内核表面至外层依次减少;
优选地,所述镍钴铝氢氧化物外层为3层结构;更优选地,在所述镍钴铝氢氧化物外层的3层结构中,以质量分数计,自里层至外层铝元素的含量依次为0%-0.45%、0.20%-1.00%和0.40%-2.00%,镍元素的含量依次为61.50%-51.90%、55.90%-50.50%和53.50%-48.00%,钴元素的含量依次为3.00%-10.00%、10.00%-8.00%和9.50%-6.50%;
优选地,所述多壳层前驱体中镍元素的总含量为53.35%-59.30%;
优选地,在所述镍钴氢氧化物内核中其成分组成为NixCo1-x(OH)2,0.85≤x<1。
3.根据权利要求1或2所述的多壳层前驱体的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
在所述镍钴氢氧化物内核上包覆所述镍钴铝氢氧化物外层,在所述镍钴铝氢氧化物外层的多层结构中,铝元素含量自里层至外层依次增加。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将第一镍钴盐溶液在碱性条件下沉积形成镍钴氢氧化物浆料;
在碱性条件下,利用第二镍钴盐溶液和铝盐溶液在所述镍钴氢氧化物浆料中进行外层沉积得到多壳层前驱体料浆,其中,所述铝盐溶液采用分段加速注入的方式加入;
优选地,所述镍钴氢氧化物浆料是将第一镍钴盐溶液和第一碱溶液加入第一络合底液中进行共沉淀形成;所述多壳层前驱体料浆是先将所述镍钴氢氧化物和第二络合底液混合之后,再加入第二镍钴盐溶液、铝盐溶液和第二碱溶液进行外层沉积得到;
优选地,所述铝盐溶液分三段加速注入;
优选地,所述第二镍钴盐溶液匀速加入,并和所述铝盐溶液同时注入完毕;
更优选地,所述铝盐溶液在第一段的加入速率为20-100mL/h,加入时间为15-200min;在第二段的加入速率为40-220mL/h,加入时间为15-200min;在第三段的加入速率为60-320mL/h,加入时间为15-200min;
进一步优选地,所述铝盐溶液在第一段的加入速率为30-80mL/h,加入时间为20-120min;在第二段的加入速率为50-150mL/h,加入时间为20-120min;在第三段的加入速率为70-250mL/h,加入时间为20-120min。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,在所述镍钴氢氧化物浆料的制备过程中控制反应pH值为9.5-12.5,优选为11-12;
优选地,在所述镍钴氢氧化物浆料的制备过程中反应温度为30-60℃,搅拌速率为300-1000r/min;
更优选地,所述第一镍钴盐溶液的加入速率为30-180mL/h;
更优选地,在所述第一镍钴盐溶液加入完毕后进行一次陈化;
进一步优选地,所述一次陈化过程的陈化温度为30-60℃,陈化时间为0.5-24h,搅拌速率为300-600r/min。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,在利用所述镍...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄玲,王英,唐仁衡,郭宇,肖方明,李文超,周庆,卢赐福,
申请(专利权)人:广东省稀有金属研究所,
类型:发明
国别省市:广东;44
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