一种高电压单晶三元正极材料的改性研究制造技术

一种高电压单晶三元正极材料及其制备方法。本发明专利技术材料的通式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种高电压单晶三元正极材料的改性研究
本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种高电压单晶三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
随着新能源的开发利用，锂离子电池由于具有能量密度高、使用寿命长、自放电程度小、无记忆效应及环保等诸多优势而受到了广泛的关注。其中镍钴锰三元正极材料因兼具优良的热稳定性、较高的可逆容量、低成本等优点，成为最具前景的锂离子电池正极材料之一。然而镍钴锰三元正极材料电池充放电电压性能不稳定，需要进一步研究如何改善其性能。CN109065880A公开了一种氧化铝包覆单晶镍钴锰三元材料及其制备方法。该正极材料的化学式为LiNi0.5Co0.2Mn0.3Mx02，其中x＝0.01-0.1。制备方法为：(1)共沉淀法制备掺杂型镍钻锰氢氧化物前驱体沉淀；(2)将氢氧化物前驱体与碳酸锂或氢氧化锂重量比为100：42-43，形成糊状混合物，干燥，再粉碎，过160目筛；(3)装入氧化铝坩埚，进入氧化炉高温焙烧，焙烧程序分两步进行:第一步升温至500-8000℃，保温5-10小时；第二步继续缓慢升温至900-10500℃，保温时间为10-15小时，烧成后即得到掺杂型镍钻锰酸锂烧成体；(4)将烧成体进行破碎，气流分级得到中心粒度4-8微米的镍钻锰酸锂粉体，将该粉体加入到弱酸纯水中，加热至30-50℃，搅拌60分钟，静置，倾倒上清液；配置氧化铝溶胶，将一定量硝酸铝溶液纯水中，缓慢加入稀氨水调整体系pH，形成半透明氧化铝溶胶；将上述氧化铝溶胶加入到镍钻锰酸锂粉浆中，铝溶胶与镍钻锰酸锂重量比为1-2:100,搅拌60分钟，抽滤，烘干，过筛，备用；(5)将粉体进行二次低温气氛热处理，焙烧热处理温度约为400-7000℃，处理时间3-5小时，氮气或氢气等中性气氛，得到高电压单晶镍钻锰三元材料粉体。充电电压达到4.5伏，电极能量密度高于钻酸锂25％，成本低于钻酸锂25％以上。上述方案中选用氧化铝包覆单晶镍钴锰三元材料，对材料性能有一定的提升，但材料的电压、高温性能和循环性能还有进一步提升的空间。
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，提供一种高电压单晶三元正极材料。本专利技术正极材料组装的电池首次放电容量高，充放电电压高，循环稳定性好。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，提供一种高电压单晶三元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：一种高电压单晶三元正极材料及其制备方法，化学式为LiNixCoyMnzNaaBbO2@mAl2O3。其中0.5≤x<1，0<y≤0.3，0<z≤0.3，x+y+z＝1；0≤a≤0.05，0≤b≤0.05，0<m≤0.05。本专利技术进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高电压单晶三元正极材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)以镍盐、钴盐和锰盐为原料，合成NixCoyMnz(OH)2球形氢氧化物前驱体；(2)将步骤(1)中前驱体粉末通过高能混合器与锂源、硼源、钠源混合，在530℃焙烧4-6小时，820℃下焙烧12小时；(3)采用平板冲击式气流粉碎机对步骤(2)中烧结团聚颗粒进行分散，得到分散的镍钴锰单晶材料；(4)将步骤(3)中单晶材料与铝源在500-600℃的空气环境下进行高温煅烧10-12小时得所述LiNixCoyMnzNaaBbO2@mAl2O3材料；其中0.5≤x<1，0<y≤0.3，0<z≤0.3，x+y+z＝1；0≤a≤0.05，0≤b≤0.05，0<m≤0.05。优选的，步骤(1)中，所述镍盐选自硫酸镍、硝酸镍、镍的卤化物的一种或几种。优选的，步骤(1)中，所述钴盐选自硫酸钴、硝酸钴、钴的卤化物的一种或几种。优选的，步骤(1)中，所述锰盐选自硫酸锰、硝酸锰、锰的卤化物的一种或几种。优选的，步骤(2)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(2)中，所述硼源选自三氧化二硼、硼酸、硼酸钠中的一种或几种。优选的，步骤(2)中，所述钠源选自硝酸钠、硫酸钠、碳酸钠、氯化钠、磷酸钠中的一种或几种。优选的，步骤(4)中，所述铝源选自硝酸铝、硫酸铝、氯化铝中的一种或几种。本专利技术的有益效果在于(1)本专利技术正极材料为单晶颗粒，具有优异的电化学性能，采用本专利技术正极材料组装的电池，1C下，首次放电比容量达184mAh/g，0.2C下，充放电电压达4.6伏。(2)制作方法简单易行，环境污染少，经济效益优异，具有很好的价值。附图说明图1是本专利技术实施例2所得的正极材料的XRD图；图2是本专利技术实施例2所得的正极材料的SEM图；图3是本专利技术实施例2所得的正极材料的首次充放电曲线图。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。实施例1(1)以摩尔比计，首先将1moL/L的5moL的NiSO4·6H2O、2moL的CoSO4·7H2O、3moL的MnSO4·H2O(Ni:Co:Mn＝5:2:3)均匀混合，同时将NaOH溶液(20moL)加入反应槽中。调节PH值于10.2，氨水浓度为2.5mol/L。进行共沉淀反应，用纯水过滤洗涤干燥后可得到前驱体Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2。(2)以摩尔比计，以LiNO3与Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体材料金属离子比Li：(Ni+Co+Mn)＝1.05:1的比例，称取1moL的Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2，1.05moL的LiNO3，然后称取0.001moL的NaNO3和0.001moL的B2O3。将所得的Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体材料与LiNO3、NaNO3、B2O3均匀混合，在混料罐中混合10h后；在空气气氛下进行两段烧结，在530℃焙烧4-6小时，820℃下焙烧12小时，自然冷却至90℃拿出样品，得到正极材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)Na0.001B0.002O2。(3)以摩尔比计，以Al(NO3)3与正极材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)Na0.001B0.002O2比Al：(Ni+Co+Mn)＝0.02:1的比例，称取0.02moL的Al(NO3)3，与经步骤(2)所得的正极材料Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)Na0.001B0.002O2在500-600℃的空气环境下进行高温煅烧10-12小时，自然冷却至90℃拿出样品，得到Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)Na0.001B0.002O2@0.02Al2O3材料。采用本实施例所得正极材料组装成电池：1C倍率下，首次放电比容量达180.2mAh/g，1C下循环50圈，容量为163.5mAh/g，容量保持率达90.7％。实施例2(1)以摩尔比计，首先将1moL/L的5moL的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压单晶三元正极材料。本专利技术材料的通式为LiNi

【技术特征摘要】
1.一种高电压单晶三元正极材料。本发明材料的通式为LiNixCoyMnzNaaBbO2@mAl2O3。其中0.5≤x<1，0<y≤0.3，0<z≤0.3，x+y+z＝1；0≤a≤0.05，0≤b≤0.05，0<m≤0.05。


2.根据权利要求1所述一种高电压单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)以镍盐、钴盐和锰盐为原料，合成NixCoyMnz(OH)2球形氢氧化物前驱体；
(2)将步骤(1)中前驱体粉末通过高能混合器与锂源、硼源、钠源混合，在530℃焙烧4-6小时，820℃下焙烧12小时；
(3)采用平板冲击式气流粉碎机对步骤(2)中烧结团聚颗粒进行分散，得到分散的镍钴锰单晶材料；
(4)将步骤(3)中单晶材料与铝源在500-600℃的空气环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧星，李欢，明磊，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