一种镍锰钨锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种镍锰钨锂离子电池正极材料及其制备方法，所述镍锰钨锂离子电池正极材料化学式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种镍锰钨锂离子电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料
，具体涉及一种镍锰钨锂离子电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于电动汽车和储能系统等大型设备对锂离子电池的需求日益增长，具有高比容量或高工作电压的锂离子正极材料作为替代正极材料受到了广泛的关注。能量密度很大程度上决定了电动汽车(续航里程)或储能系统(日历寿命)的大规模工业化应用，所以实现电池的高能量密度仍是一个具有挑战性的问题。
[0003]目前电动汽车中使用的锂离子电池正极材料是层状的Li[Ni
x
Co
y
(Al/Mn)1‑
x
‑
y
]O2(Al＝NCA或Mn＝NCM)氧化物材料，两种正极材料均来自于层状的LiNiO2，其具有270mAh/g的理论容量，因其高容量和低成本被广泛应用并成功商业化，但Ni含量超过80％的NCM和NCA正极材料会因为Ni含量的增加而促进无电化学活性岩盐相的形成，NCM或NCA表面形成非活性的岩盐结构NiO相，在高截止电压下加剧过渡金属中的镍层向锂层的迁移，导致材料表面残碱升高、阳离子混排加剧，引起电极与电解质之间的副反应，加速向非活性岩盐相的转变，使动力学性能恶化；高电压下进行充放电时，Ni和Co被氧化成高价后氧离子被氧化，引起O2气体的释放和不可逆的结构变化，进一步加剧了晶体结构的力学破坏。因此这种正极的固有不稳定性直接降低了材料的容量保持率和热稳定性，加剧了材料氧析出现象，使得电池存在容量衰减迅速、热稳定性差、电化学性能下降等缺点。
[0004]专利CN109921007A一种高镍富锂正极材料、及其制备方法和用途，所述高镍富锂正极材料的化学式为Li
1+z
(Ni
0.5+x
Mn
0.5
‑
x
‑
y
M
y
)1‑
z
O2或Li
1+z
(Ni
0.5+x
‑
y
Mn
0.5
‑
x
M
y
)1‑
z
O2，所述M为VIB过渡金属元素，M包括Mo和/或W，优选为Mo和/或W，虽然该专利中提到了“因VIB过渡金属元素可以呈现较高的氧化态正6价，特别是钼和钨，且可以与氧离子产生强烈的相互作用，能够维持结构相对稳定，与其他过渡金属元素相比具有更易于激活更多氧化还原对，贡献更多容量，增强结构稳定性等优势，进而赋予高镍富锂正极材料更加优异的电化学性能”，但该专利方案中高镍富锂正极材料为Li2MnO3和LiM
’
O2组成的固溶体，是溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相，此种结构的材料存在倍率及循环性能差、电压衰减等问题，尤其是循环过程中的电压发生衰减严重，且锂离子充放电机理复杂，同时该材料的电压上限高达4.8V(靠Li2MnO3在高电压下的活化贡献容量)，与之匹配的电解液须为高压电解液，因此普适性不高。除此之外，此法所使用的原材料为硝酸盐类，制备过程中所产生的产物会造成环境的污染，使用中添加的某些络合剂对人体伤害大，因此不能用于工业化生产。
[0005]因此针对上述问题，本专利技术提出一种能够用于制备锂离子电池正极的正极材料LiNi
x
Mn
y
W
z
O2的制备方法，以解决阳离子混排、晶体结构不稳定造成的电化学性能不理想问题，以及电池的安全性能差等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种镍锰钨锂离子电池正极材料及其制备方法。
[0007]具体是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种镍锰钨锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi
x
Mn
y
W
z
O2，镍源、锰源、钨源的摩尔比为x:y:z，其中0.8≤x≤1，0.01≤y≤0.2，0.01≤z≤0.2，x+y+z＝1。
[0009]一种镍锰钨锂离子电池正极材料的制备方法，所述正极材料依次经溶剂热反应和高温固相反应制得；所述溶剂热反应是将镍源、锰源、钨源化合物在含有沉淀剂的水溶剂中进行溶剂热反应，制得镍锰钨前驱体粉末；所述高温固相反应是将镍锰钨前驱体粉末与锂源化合物球磨混合后，在氧气气氛下先升温烧结再保温烧结。
[0010]所述镍源为氢氧化镍、硫酸镍、乙酸镍、硝酸镍、草酸镍、氯化镍中任意一种。
[0011]所述锰源为氢氧化锰、硫酸锰、乙酸锰、硝酸锰、草酸锰、氯化锰中任意一种。
[0012]所述钨源为偏钨酸铵、钨酸钠、乙酸钨、氧化钨、氯化钨中任意一种。
[0013]所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸铵、碳酸氢铵、草酸、尿素中任意一种。
[0014]所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、乙酸锂、草酸锂中任意一种。
[0015]所述沉淀剂用量按照摩尔比计为沉淀剂：(Ni+Mn+W)＝(1～5)：1。
[0016]所述溶剂热反应100～300℃，反应时间为5～20h。
[0017]所述升温烧结，其升温速率为1～20℃/min，烧结温度为700～1000℃。
[0018]所述保温烧结，其保温时间为5～20h。
[0019]一种镍锰钨锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]第一步：溶剂热反应
[0021](1)称取镍源、锰源、钨源并用去离子水溶解、混合搅拌均匀后形成溶液A；称取沉淀剂用去离子水溶解、混合搅拌均匀后形成溶液B；将溶液B滴加至溶液A中形成混合反应液；
[0022](2)将混合反应液倒入反应釜内胆中进行高温水热反应，制得反应沉淀液；
[0023](3)在离心转速为1000～10000r/min条件下用去离子水经离心机反复洗涤反应沉淀液，再置于50～100℃条件下烘干后得到镍锰钨前驱体粉末；
[0024]第二步：高温固相反应
[0025](4)将镍锰钨前驱体粉末与锂源在经球磨速度为300～800r/min条件下球磨3～10h，得混合粉末；
[0026](5)将混合粉末置于高温气氛管式炉中，在氧气气氛下升温烧结至700～1000℃，再此温度下保温5～20h，即得镍锰钨锂离子电池正极材料。
[0027]步骤(4)中所述锂源用量按照摩尔比计为Li/(Ni+Mn+W)＝1.0～1.20。
[0028]步骤(4)中所述球磨，其采用的介质为二氧化锆球、玛瑙球中任意一种。
[0029]有益效果：
[0030]本专利技术方法制备的镍锰钨锂离子电池正极材料LiNi
x
Mn
y
W
z
O2具有优良的电化学活性、结构稳定性、安全性能，具体表现如下：
[0031]一、本专利技术采用溶剂热反应的方法合成镍锰钨前驱体，使得前驱体颗粒是由纳米级的一次片层堆积而成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍锰钨锂离子电池正极材料，其特征在于，所述镍锰钨锂离子电池正极材料化学式为LiNi
x
Mn
y
W
z
O2，镍源、锰源、钨源的摩尔比为x:y:z，其中0.8≤x≤1，0.01≤y≤0.2，0.01≤z≤0.2，x+y+z＝1。2.如权利要求1所述一种镍锰钨锂离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料依次经溶剂热反应和高温固相反应制得；所述溶剂热反应是将镍源、锰源、钨源化合物在含有沉淀剂的水溶剂中进行溶剂热反应，制得镍锰钨前驱体粉末；所述高温固相反应是将镍锰钨前驱体粉末与锂源化合物球磨混合后，在氧气气氛下先升温烧结再保温烧结。3.如权利要求2所述一种镍锰钨锂离子电池正极材料，其特征在于，所述镍源为氢氧化镍、硫酸镍、乙酸镍、硝酸镍、草酸镍、氯化镍中任意一种。4.如权利要求2所述一种镍锰钨锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锰源为氢氧化锰、硫酸锰、乙酸锰、硝酸锰、草酸锰、氯化锰中任意一种。5.如权利要求2所述一种镍锰钨锂离子电池正极材料，其特征在于，所述钨源为偏钨酸铵、钨酸钠、乙酸钨、氧化钨、氯化钨中任意一种。6.如权利要求2所述一种镍锰钨锂离子电池正极材料，其特征在于，所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸铵、碳酸氢铵、草酸、尿素中任意一种。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：张小洪，王明灿，苟敏涛，付微婷，王畅，唐立成，陈晓涛，刘富亮，石斌，王庆杰，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：