锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法及材料技术

本发明专利技术涉及一种锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法及材料，属于锂离子电池技术领域，能够采用一步固相法来合成超高镍正极材料，避免了共沉淀法的复杂步骤，且能够通过在球磨过程加入其余金属离子的方式实现简单高效的掺杂改性；该方法包括：S1、将特定比例的LiOH

【技术实现步骤摘要】
锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法及材料


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法及材料。

技术介绍

[0002]随着商业化的锂离子电池的飞速发展，研究者仍在追求更高容量，更加安全的正极材料。高镍层状氧化物LiNi
x
Co
y
Al
z
O2(M＝Mn或Al，NMC或NCA)因其能量密度高、成本低等优势受到广泛的研究。目前市场上的高镍材料NCA是为了解决LiNiO2的稳定性问题，其中钴的作用是抑制阳离子混合，铝元素是起支撑结构的作用，可以稳定层状结构。随着镍含量的增加，容量越来越高。
[0003]目前商业化合成三元材料主要是共沉淀法，以确保金属离子原子级别的混合均匀。但是共沉淀过程操作复杂且必须采用专门的仪器，条件控制严格，同时镍含量的增加(也就是高镍)使共沉淀法更加复杂，增加了合成材料的成本。相比较来说，固相法操作简单，成本低，同时在球磨和湿磨的过程优化条件参数也能达到金属的原子级别的混合均匀。与共沉淀法相比，一方面，固相法少了一步共沉淀形成氢氧化物前驱体的过程，这一共沉淀的步骤也是其中最复杂的一步，因此固相法在操作上更加简单；另一方面，当正极材料的镍含量越来越高时(大于等于90％)，其余的金属元素可以相当于掺杂剂，不会像共沉淀法随着镍含量增高增加复杂度。且最初合成LiNiO2材料就是用固相法，追本溯源我们认为使用一步固相法合成高镍氧化物是合理的、可行的。
[0004]因此，有必要研究一种锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法及材料来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法及材料，能够采用一步固相法来合成超高镍正极材料，避免了共沉淀法的复杂步骤，且能够通过在球磨过程加入其余金属离子的方式实现简单高效的掺杂改性。
[0006]本专利技术提供一种锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：
[0007]S1、将特定比例的LiOH
·
H2O、Ni(OH)2、Co3O4和Al化合物加入球磨设备中进行湿磨处理；所述Al化合物为Al2O3、Al(OH)3或Al(NO3)3中的任意一种或多种；
[0008]S2、对湿磨后的混合料进行干燥；
[0009]S3、对干燥后的混合料进行研磨并在氧气气氛中进行烧结，然后随炉冷却，得到锂离子电池超高镍正极材料。
[0010]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述锂离子电池超高镍正极材料的化学式为LiNi
0.9
Co
0.05
Al
0.05
O2。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述特定比
例为摩尔比，具体包括：
[0012]Li:TM＝1.03:1
‑
1.08:1，优选1.05:1，TM为过渡金属的简称；
[0013]Ni:Co:Al＝90:5:5，可根据分子式调整比例。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中湿磨处理具体为向球磨设备中加入无水乙醇进行湿磨。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述球磨设备为行星球磨机，球磨转速为300转/分钟，球磨时间为6小时。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2中干燥温度为80
‑
100℃。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中烧结温度为700
‑
800℃。
[0018]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中湿磨处理的固液质量比为15:1。
[0019]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中湿磨处理的球料质量比为7:1
‑
20:1。
[0020]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中湿磨处理的球磨珠的直径大小包括5mm、8mm和10mm，其个数比为3:4:3。
[0021]与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本专利技术采用了简单高效的一步固相法来合成超高镍正极材料，避免了操作复杂的共沉淀步骤，工艺简单高效，成本低，适用范围广；
[0022]上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：本专利技术通过一步固相法产生的高镍正极材料也具有类球形形貌和层状结构，增加了材料的振实密度，同时其球磨过程也能使金属离子达到原子级别的均匀混合；
[0023]上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：改进空间广，本专利技术可以通过优化湿磨过程中球磨参数来使金属离子混合均匀的条件下使目标产物具有更加大小均匀的颗粒；另外，由于本专利技术中独特的球磨珠直径、球磨珠数量比、固液比，能够更好地使得颗粒在球磨过程中因球磨珠或颗粒间的挤压产生更多的裂纹，湿磨的液体球磨介质(无水乙醇)会进入形成的裂纹缝隙中，阻挡裂纹的闭合，从而会大大提高球磨效率；
[0024]上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：通过在球磨过程中加入其余金属离子，可以实现金属离子的更加简单的掺杂改性；可以通过调整称量的金属化合物的比例来提高正极材料的镍含量；
[0025]上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：本专利技术制备的超高镍正极材料具有和共沉淀法相当的优秀的电化学性能，但是一步固相法更加简单，超高镍正极材料用共沉淀法制备难度较大。
[0026]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域
普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0028]图1是本专利技术实施例3合成的NCA正极材料的XRD图；
[0029]图2是本专利技术实施例3合成的超高镍正极材料的SEM图；
[0030]图3是本专利技术图2的局部放大图；
[0031]图4是本专利技术实施例1
‑
5不同烧结温度合成的正极材料组装成半电池后的首圈充放电曲线图；
[0032]图5是本专利技术实施例1
‑
5不同烧结温度合成的正极材料组装成半电池后的循环曲线；
[0033]图6是本专利技术实施例3、6和7不同球料比合成的正极材料组装成半电池后的首圈充放电曲线图；
[0034]图7是本专利技术实施例3、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：S1、将特定比例的LiOH
·
H2O、Ni(OH)2、Co3O4和Al化合物加入球磨设备中进行湿磨处理；所述Al化合物为Al2O3、Al(OH)3或Al(NO3)3中的任意一种或多种；S2、对湿磨后的混合料进行干燥；S3、对干燥后的混合料进行研磨并在氧气气氛中进行烧结，然后随炉冷却，得到锂离子电池超高镍正极材料。2.根据权利要求1所述的锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法，其特征在于，所述锂离子电池超高镍正极材料的化学式为LiNi
0.9
Co
0.05
Al
0.05
O2。3.根据权利要求1所述的锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法，其特征在于，所述特定比例为摩尔比，具体包括：Li:TM＝1.03:1
‑
1.08:1。4.根据权利要求1所述的锂电池超高镍正极材料的一步式固相制备方法，其特征在于，步骤S1中湿磨处...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立帆，詹纯，王京玥，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：