一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料及其制备方法技术

一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料及其制备方法。本发明专利技术的正极材料的化学式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴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，具体涉及一种导锂化合物包覆无钴高镍正极材料及其制备方法。
技术介绍
三元正极材料一直以来都备受高能量密度锂离子电池的青睐，镍、钴、猛等元素各司其职。其中，钴元素不仅是活性材料，而且可以有效抑制阳离子(Li/Ni)混排并稳定材料结构，因此含钴的三元材料一般都具有良好的深度放电特性和较好的倍率性能。然而钴元素在全球分布极不均衡，地缘政治和储量较少等因素导致钴价格飞涨，甚至一度超过每吨90000美元。随着全球电动交通运输设备的逐步普及，减少钴在正极材料中的使用逐渐成为业界共识，近些年NMC(LiNi1-x-yMnxCoyO2)三元材料正经历NMC-532→NMC-622→NMC-721→NMC-811的演变过程，无钴材料的研究更是受到了广泛的关注。然而无钴高镍正极材料通常以LiNiO2为主体，通过掺入Mn、Al、Mg、Ti等元素形成高镍三元材料。然而无钴材料在倍率循环性能及元素成分调控等方面均不尽如人意，特别是随着镍含量的增加，对电池的循环性能和热稳定性会带来不利的影响，符合商用化应用标准的软包电池长循环鲜有报道，这严重限制了无钴高镍正极材料的应用。因此，针对现有技术不足，提供一种能同时提高无钴高镍正极材料循环、倍率性能，热稳定性能的锂离子电池无钴高镍正极材料及其制备方法特别重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料。本专利技术正极材料组装的电池，循环性能与倍率性能良好。本专利技术进一步所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料的制备方法。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：一种金属化合物包覆三元正极材料及其制备方法。本专利技术的正极材料的化学式为LiNixM1-xO2·LiySczTin(PO4)3，其中M为掺杂金属(Al、Mg、Mn、Ti等元素)，x、y、z、n、w为摩尔数，0.6≤x<1，1<y≤1.8，0<z≤0.8，1<n≤1.9，材料粒径约为2～5μm，表层有均匀LiySczTin(PO4)3包覆层，厚度为3～20nm。本专利技术进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料及其制备方法，通过以下步骤制备而成：(1)以摩尔比计，首先将3～10moL/L的NiSO4·6H2O、MSO4·H2O(M为掺杂金属(Al、Mg、Mn、Ti等元素)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，用纯水洗涤干燥后得到前驱体NixM1-x(OH)2。(2)以摩尔比计，按照Li：(Ni+M)＝1～1.2:1的比例称取锂源，将步骤(1)制备的前驱体材料NixM1-x(OH)2与锂源混合均匀，在400～600℃下烧5～8h，并在800～1000℃下烧10～14h，得无钴高镍正极材料NixM1-x(OH)2。(3)以摩尔比计，将钪源、钛源均匀分散于到有机溶剂中，并向有机溶剂缓慢加入步骤(2)制备的无钴高镍正极材料LiNixM1-xO2，搅拌至混合均匀并蒸发大部分溶剂，将得到的浆料真空干燥，得预烧物。(4)以摩尔比计，对步骤(3)所得预烧物研磨并在氧气气氛下烧结，得所述LiySczTin(PO4)3包覆的无钴高镍正极材料；其中，0.6≤x<1，1<y≤1.8，0<z≤0.8，1<n≤1.9。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，所述铈源为硝酸钪、硝酸钛。优选的，步骤(3)中，所述溶剂为甲醇、乙醇和丙醇中的一种或几种优选的，步骤(3)中，所述无钴高镍正极材料LiNixM1-xO2与有机溶剂固液比为1～4g～15mL，更为优选的，固液比为2g:7mL。优选的，步骤(3)中，真空度-0.1MPa。优选的，步骤(3)中，真空干燥的温度为60～120℃。优选的，步骤(3)中，所述真空干燥的时间为8～14h。优选的，步骤(3)中，蒸发溶剂的温度为60～85℃，时间为2～8h；更为优选的，所述蒸发溶剂的温度为75～80℃，时间为3～4h。优选的，步骤(4)中，研磨时间为5～10min。优选的，步骤(4)中，所述烧结的温度为600～900℃，时间为10～14h。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术通过有效可行的表面修饰，得到一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料及其制备方法。无钴高镍正极材料存在严重的容量降低，通过形成的导锂包覆层可以发挥巨大的潜力，可以改善高镍层状氧化物的电化学性能。导锂包覆层可以抵抗HF的腐蚀，同时具有快速传输锂离子至无钴高镍材料表面，从而显著提高材料表面锂离子传输速率，提高材料的倍率性能。实验数据表明，包覆层可大幅度提高材料的倍率性能和循环性能。此外、该制备方法简单、成本低、操作简单，适用于工业化生产。(2)本专利技术无钴高镍正极材料呈单晶结构，均匀包覆有3～20nm厚度的LiySczTin(PO4)3包覆层，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，采用本专利技术正极材料组装的电池，将上述电池在2.75～4.6V电压范围内，1C倍率下，首次放电克容量达230.5mAh/g，1C下循环200圈，容量为185.1mAh/g，容量保持率达80.3％。附图说明图1是本专利技术实施例1所得磷酸钪钛锂包覆无钴高镍层状正极材料的SEM图；图2是本专利技术实施例1所得磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料的XRD图；图3是本专利技术对比例1所得无钴高镍层状正极材料的SEM图；图4是本专利技术对比例1所得无钴高镍层状正极材料的XRD图。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术进行进一步的说明。实施例1结合具体实例，说明本专利技术的一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料的制备方法，具体通过如下步骤制备而成：(1)以摩尔比计，首先将3moL/L的8.8moL的NiSO4·6H2O、1.2moL的MnSO4·H2O(Ni:Mn＝88:12)均匀混合，同时将NaOH溶液(5mol/L)和作为配位剂的NH3·H2O溶液(6mol/L)也分别加入反应槽中。调节PH值于10.5，氨水浓度为1.5mol/L。进行共沉淀反应，用纯水洗涤干燥后得到前驱体Ni0.88Mn0.12(OH)2。(2)以摩尔比计，按照Li：(Ni+Mn)＝1.05:1的比例称取硝酸锂1.05mol，将步骤(1)制备的1mol前驱体材料Ni0.88Mn0.12(OH)2与硝酸锂混合均匀，在500℃下烧6h，并在810℃下烧14h，得到三元正极材料LiNi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料及其制备方法。本专利技术的正极材料的化学式为LiNi

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料及其制备方法。本发明的正极材料的化学式为LiNixM1-xO2·LiySczTin(PO4)3，其中M为掺杂金属(Al、Mg、Mn、Ti等元素)，x、y、z、n、w为摩尔数，0.6≤x<1，1<y≤1.8，0<z≤0.8，1<n≤1.9。


2.根据权利要求1所述，其特征在于，所述正极材料粒径约为2～8μm的单晶颗粒，表层形成的均匀双包覆层，厚度为3～20nm。


3.一种磷酸钪钛锂包覆层状无钴高镍正极材料及其制备方法，通过以下步骤制备而成：
(1)以摩尔比计，首先将3～10moL/L的NiSO4·6H2O、MSO4·H2O(M为掺杂金属(Al、Mg、Mn、Ti等元素)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，用纯水洗涤干燥后得到前驱体NixM1-x(OH)2。
(2)以摩尔比计，按照Li：(Ni+M)＝1～1.2:1的比例称取锂源，将步骤(1)制备的前驱体材料NixM1-x(OH)2与锂源混合均匀，在400～600℃下烧5～8h，并在800～100...

【专利技术属性】
技术研发人员：范鑫铭，胡国荣，姜怀，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43