一种无钴三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无钴三元正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池技术领域，包括以下步骤：将可溶性铝盐、可溶性镍盐混合加入到纯水中配成铝镍无机盐混合液；以铝镍无机盐混合液、氨水溶液、氢氧化钠溶液为原料进行共沉淀反应，待反应完成后进行陈化，然后经过滤、洗涤、干燥，得到铝镍前驱体；将铝镍前驱体加入到高锰酸钾溶液中，搅拌，然后进行微波处理，冷却，洗涤，干燥，得到铝镍猛前驱体；将铝镍猛前驱体和锂盐混合，在空气氛或氧气氛中烧结，冷却、研磨，即得。本发明专利技术制备的无钴三元正极材料因不含有Co元素，使得材料成本大幅降低，且Al和Mn元素的引入使得材料稳定性提升，循环性能相较于含钴三元正极材料NCM无明显差异。相较于含钴三元正极材料NCM无明显差异。相较于含钴三元正极材料NCM无明显差异。

【技术实现步骤摘要】
一种无钴三元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种无钴三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种高能量密度、高效率的能量储存装置，目前已经广泛应用于便携式数码设备、电动汽车等领域。锂离子电池体系是由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四大关键材料构成，因此材料的性质直接关系到锂离子电池的性能。
[0003]近阶段正是新能源动力汽车发展的黄金时期，车用动力锂离子电池的主流正极材料有磷酸铁锂、三元材料，三元材料因能量密度更高，受到了人们的广泛关注。常见的三元材料有镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等，我们可以看见常见的三元材料中都含有钴，相比镍、锰，钴的价格高的同时存储量少，因此三元材料无钴化或者低钴化成为人们考虑的问题。
[0004]目前已公开的一些含镍、锰等元素的无钴三元正极材料，一般都是采用共沉淀法制备得到的，是将锰盐、镍盐等与氨水、氢氧化钠溶液进行共沉淀反应得到的。然而，这些共沉淀法制备无钴三元正极材料难度大，三种元素无法达到共同均匀沉淀使得材料达不到要求的性能。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种无钴三元正极材料及其制备方法，先采用共沉淀法制备了铝镍二元前驱体，再将该前驱体在高锰酸钾溶液中进行微波反应得到铝镍猛三元前驱体，所得无钴三元正极材料的电化学性能优异。
[0006]本专利技术提出的一种无钴三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将可溶性铝盐、可溶性镍盐混合加入到纯水中配成铝镍无机盐混合液；
[0008]S2、以铝镍无机盐混合液、氨水溶液、氢氧化钠溶液为原料进行共沉淀反应，待反应完成后进行陈化，然后经过滤、洗涤、干燥，得到铝镍前驱体；
[0009]S3、将铝镍前驱体加入到高锰酸钾溶液中，搅拌，然后进行微波处理，冷却，洗涤，干燥，得到铝镍猛前驱体；
[0010]S4、将铝镍猛前驱体和锂盐混合，在空气氛或氧气氛中烧结，冷却、研磨，即得。
[0011]优选地，无钴三元正极材料的化学式满足：LiNi
x
Al
y
Mn
z
O2；其中，x+y+z＝1，x：y：z＝4
‑
8：0.5
‑
3：0.5
‑
3。
[0012]优选地，微波处理的具体操作是：微波功率为200
‑
1000W，每次微波处理10
‑
60s后冷却至室温后再重复进行微波处理，微波处理2
‑
10次。
[0013]优选地，S2中，共沉淀反应的具体操作如下：向反应容器中加入氨水溶液，调节反应体系的pH，然后将铝镍无机盐溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液同时滴加到反应容器中，通过调节氨水溶液和氢氧化钠溶液的滴加速度来控制反应体系的pH。
[0014]优选地，氨水溶液的浓度为0.1
‑
5mol/L。
[0015]优选地，共沉淀反应的反应体系pH范围控制在7
‑
13。
[0016]优选地，S2中，陈化4
‑
12h。
[0017]优选地，S4中，铝镍猛前驱体和锂盐的摩尔比为1：1
‑
1.5；所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的至少一种。
[0018]优选地，烧结是先在450
‑
650℃下预烧4
‑
12h，再升温至800
‑
950℃烧结8
‑
36h。
[0019]本专利技术还提出了一种采用上述方法制备得到的无钴三元正极材料。
[0020]上述无钴三元正极材料可作为正极活性材料用于锂离子电池。
[0021]有益效果：本专利技术提出了一种无钴三元正极材料的制备方法，先采用共沉淀法制备了铝镍二元前驱体，再将该前驱体在高锰酸钾溶液中进行微波反应得到铝镍猛三元前驱体；相较于现有技术中采用共沉淀法制备三元前驱体存在无法达到共同均匀沉淀的缺陷，本专利技术采用二元共沉淀后再进行微波反应引入另外一种元素，使得产物中三种元素均匀度较高，材料性能不亚于含钴三元材料。本专利技术制备的无钴三元正极材料因不含有Co元素，使得材料成本大幅降低，且Al和Mn元素的引入使得材料稳定性提升，循环性能相较于三元正极材料NCM无明显差异。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1制备的无钴三元正极材料LiNi
0.8
Al
0.1
Mn
0.1
O2(NAM)和对比例的三元正极材料LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2(NCM)的循环性能图。
具体实施方式
[0023]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0024]实施例1
[0025]一种无钴三元正极材料，其化学式为：LiNi
0.8
Al
0.1
Mn
0.1
O2；其制备步骤如下：
[0026]S1、将偏铝酸钠和氯化镍按照n
Al
：n
Ni
＝1：8混合，加入到纯水中配成2mol/L铝镍无机盐混合液；
[0027]S2、以铝镍无机盐混合液、2mol/L氨水溶液、氢氧化钠溶液为原料进行共沉淀反应，具体操作如下：向反应容器中加入氨水溶液，调节反应体系的pH，然后将铝镍无机盐溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液同时滴加到反应容器中，通过调节氨水溶液和氢氧化钠溶液的滴加速度来控制反应体系的pH范围在9.5；待反应完成后进行陈化8h，然后经过滤、洗涤、干燥，得到铝镍前驱体；
[0028]S3、将铝镍前驱体加入到3mol/L高锰酸钾溶液中，搅拌，然后进行微波处理，具体操作是：微波功率为500W，每次微波处理30s后冷却至室温，然后重复微波处理
‑
冷却步骤，共微波处理3次；冷却至室温后洗涤、干燥，得到铝镍猛前驱体；
[0029]S4、将铝镍猛前驱体和氢氧化锂按照1：1.15的摩尔比混合，在氧气氛中，先在500℃下预烧6h，再升温至850℃烧结24h，冷却、研磨，即得。
[0030]实施例2
[0031]一种无钴三元正极材料，其化学式为：LiNi
0.7
Al
0.15
Mn
0.15
O2；其制备步骤如下：
[0032]S1、将偏铝酸钠和氯化镍按照n
Al
：n
Ni
＝1.5：7混合，加入到纯水中配成2mol/L铝镍无机盐混合液；
[0033]S2、以铝镍无机盐混合液、2mol/L氨水溶液、氢氧化钠溶液为原料进行共沉淀反应，具体操作如下：向反应容器中加入氨水溶液，调节反应体系的pH，然后将铝镍无机盐溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液同时滴加到反应容器中，通过调节氨水溶液和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无钴三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将可溶性铝盐、可溶性镍盐混合加入到纯水中配成铝镍无机盐混合液；S2、以铝镍无机盐混合液、氨水溶液、氢氧化钠溶液为原料进行共沉淀反应，待反应完成后进行陈化，然后经过滤、洗涤、干燥，得到铝镍前驱体；S3、将铝镍前驱体加入到高锰酸钾溶液中，搅拌，然后进行微波处理，冷却，洗涤，干燥，得到铝镍猛前驱体；S4、将铝镍猛前驱体和锂盐混合，在空气氛或氧气氛中烧结，冷却、研磨，即得。2.根据权利要求1所述的无钴三元正极材料的制备方法，其特征在于，无钴三元正极材料的化学式满足：LiNi
x
Al
y
Mn
z
O2；其中，x+y+z＝1，x：y：z＝4
‑
8：0.5
‑
3：0.5
‑
3。3.根据权利要求1所述的无钴三元正极材料的制备方法，其特征在于，微波处理的具体操作是：微波功率为200
‑
1000W，每次微波处理10
‑
60s后冷却至室温后再重复进行微波处理，微波处理2
‑
10次。4.根据权利要求1所述的无钴三元正极材料的制备方法，其特征在于，S2中，共...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坤，张小健，薛兵，郑刚，孙祥，陈佩林，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：