一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法技术

一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法。本发明专利技术正极材料的化学式为Li[Ni

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法
本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法。
技术介绍
高镍正极材料由于其突出的电化学性能成为了现在热点研究材料。目前高镍正极材料主要为镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)。NCA材料在循环性能上优于NCM材料，但是在循环中颗粒更容易发生粉化和破碎；NCM材料在循环中则面临着过渡金属元素溶解和溶解的过渡金属迁移到负极表面的问题，造成负极SEI膜持续生长等问题。镍含量的增加，对电池的循环性能和倍率性能会带来不利的影响，主要表现在循环充放电容量损失和高温环境下容量的大幅衰减，该缺点限制了高镍正极材料的应用。正极材料的改性主要是掺杂和包覆，掺杂和包覆可以改变材料的性能，增加导电性、循环稳定性及安全性。因此，针对现有技术不足，提供一种能同时提高高镍材料的倍率性能，循环稳定性的三元正极材料及其制备方法甚为必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法。本专利技术正极材料组装的电池电化学性能优异，循环稳定性好；本专利技术制备方法简单合理，成本较低。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法。本专利技术正极材料的化学式为Li[NixCoyMnzAla]O2·nLirAlpGeqTiw(PO4)3，其中，x、y、z、a、n、r、p、q、w、为摩尔数，0.8≤x&lt;1，0<y≤0.1，0<z≤0.1，0<a≤0.1，x+y+z＝1，3.2≤r+p+q+w≤3.8，1.2≤r≤1.8，0.2≤p≤0.8，1.2≤q≤1.4，0.2≤w≤1.4，0<n≤0.05。高镍材料表面有磷酸钛锗铝锂形成的均匀包覆层，厚度约为2.5～5.5nm。本专利技术进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：优选的，一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法，如以下步骤：(1)以摩尔比计，首先将3.5～5moL/L的NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O(Ni:Co:Mn＝x:y:z)均匀混合，同时将NaOH溶液(5～7mol/L)和作为配位剂的NH3·H2O溶液(4～7mol/L)也分别加入反应槽中。调节PH值于10.5～11.0，氨水浓度为1.5～2mol/L。进行共沉淀反应，用纯水过滤洗涤干燥后可得到前驱体NixCoyMnz(OH)2。(2)以摩尔比计，按照Li：(Ni+Co+Mn)＝1～1.2:1的比例称取锂源，将步骤(1)制备的前驱体NixCoyMnz(OH)2与锂源和铝源在600～650℃下烧8～9h，并在700～950℃下烧10～11h，得到正极材料Li[NixCoyMnzAla]O2。(3)以摩尔比计，将锗源与铝源均匀分散于有机溶剂中，形成混合溶液A；将钛源、磷源和锂源，均匀分散于有机溶剂中，形成混合溶液B；然后A、B均匀混合得混合液C；然后加入步骤(2)制备的正极材料Li[NixCoyMnzAla]O2，调整固液比为1g:7mL，在75～80℃下蒸发3.5～4.5h，并在100～115℃下真空干燥10～14h，把得到预烧物充分进行研磨，获得预烧粉末；在氧气气氛下700～850℃烧结处理10～12h，得到最终产物。其中，0.8≤x<1，0<y≤0.1，0<z≤0.1，0<a≤0.1，x+y+z＝1。另一优选的，上述的一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法，如以下步骤：(1)以摩尔比计，首先将3.5～5moL/L的NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O、Al2(SO4)3(Ni:Co:Mn:Al＝x:y:z:a)均匀混合，同时将NaOH溶液(5～7mol/L)和作为配位剂的NH3·H2O溶液(4～7mol/L)也分别加入反应槽中。调节PH值于10.5～11.0，氨水浓度为1.5～2mol/L，进行共沉淀反应，用纯水过滤洗涤干燥后可得到前驱体NixCoyMnzAla(OH)2。(2)以摩尔比计，按照Li：(Ni+Co+Mn)＝1～1.2:1的比例称取锂源，将步骤(1)制备的前驱体NixCoyMnzAla(OH)2与锂源在在600～650℃下烧8～9h，并在700～950℃下烧10～11h，得到正极材料Li[NixCoyMnzAla]O2。(3)将锗源与铝源均匀分散于有机溶剂中，形成均匀混合液A；将钛源、磷源和锂源，均匀分散于有机溶剂中，形成均匀混合液B；然后A、B均匀混合得到混合液C；加入步骤(2)制备的正极材料Li[NixCoyMnzAla]O2，调整固液比为1g:7mL，在75～80℃下蒸发3.5～4.5h，并在100～115℃下真空干燥10～14h，把得到预烧物充分进行研磨，获得预烧粉末；在氧气气氛下700～850℃下烧结处理10～12h，得到最终产物。其中，0.8≤x<1，0<y≤0.1，0<z≤0.1，0<a≤0.1，x+y+z＝1。优选的，步骤(3)中，所述锂源选自氢氧化锂、碳酸锂和硝酸锂中的一种或几种。优选的，步骤(3)中，所述钛源选自钛酸四丁酯、四氯化钛和异丙醇钛中的一种或几种。优选的，所述磷源选自磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸中的一种或几种。优选的，所述的铝源选自硫酸铝或硝酸铝的一种或几种。优选的，所述的锗源选自硝酸锗和硫酸锗中的一种或几种。优选的，所述磷源溶液中磷的浓度为15.5mol/L，溶剂选自甲醇、乙醇和丙醇中的一种或几种。优选的，步骤(3)中，所述混合液中，锂、锗、铝、钛和磷四者的物质的量之比为1.2～1.8:1.2～1.4:0.2～0.8:0.2～1.4:2～4，更为优选的，所述锂、锗、铝、钛和磷四者的物质的量之比为1.6:1.0:0.6:0.4:3。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术制备的材料为高镍材料，材料表面均匀包覆有2.5～5.5nm厚度的磷酸钛锗铝锂，并掺杂有铝元素。本专利技术正极材料具有优异的倍率性能和循环性能，经测试，在2.75～4.4V，1C下，首次放电克容量达204.6mAh/g，1C下循环100圈，容量为181.2mAh/g，容量保持率达88.6％。(2)本专利技术制备方法使得磷酸钛锗铝锂成功的修饰在正极材料表面，并掺杂有铝元素。本专利技术制备方法步骤简单，成本低，环境污染少，适用于工业化生产。附图说明图1是本专利技术实施例2所得的高镍正极材料的SEM图；图2是本专利技术实施例2所得的高镍正极材料的TEM图；图3是本专利技术实施例2所得的高镍正极材料的XRD图；图4是本专利技术实施例3所得的高镍正极材料与对比例1循环性能图。具体实施方式以下结合具体实例和附图对本专利技术进行进一步的说明。一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法。本专利技术正极复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法。本专利技术正极材料的化学式为Li[Ni

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法。本发明正极材料的化学式为Li[NixCoyMnzAla]O2·nLirAlpGeqTiw(PO4)，其中，x、y、z、a、n、r、p、q、w、为摩尔数，0.8≤x<1，0<y≤0.1，0<z≤0.1，0<a≤0.1，x+y+z＝1，3.2≤r+p+q+w≤3.8，1.2≤r≤1.8，0.2≤p≤0.8，1.2≤q≤1.4，0.2≤w≤1.4，0<n≤0.05。高镍材料表面有磷酸钛锗铝锂形成的均匀包覆层，厚度约为2.5～5.5nm。


2.一种磷酸钛锗铝锂修饰的高镍正极材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以摩尔比计，首先将3.5～5moL/L的NiSO4·6H2O、CoSO4·7H2O、MnSO4·H2O(Ni:Co:Mn＝x:y:z)均匀混合，同时将NaOH溶液(5～7mol/L)和作为配位剂的NH3·H2O溶液(4～7mol/L)也分别加入反应槽中。调节PH值于10.5～11.0，氨水浓度为1.5～2mol/L。进行共沉淀反应，用纯水过滤洗涤干燥后可得到前驱体NixCoyMnz(OH)2。
(2)以摩尔比计，按照Li：(Ni+Co+Mn)＝1～1.2:1的比例称取锂源，将步骤(1)制备的前驱体NixCoyMnz(OH)2与锂源和铝源在600～650℃下烧8～9h，并在700～950℃下烧10～11h，得到正极材料Li[NixCoyMnzAla]O2。
(3)以摩尔比计，将锗源...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧星，范鑫铭，刘赟，张佳峰，张宝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43