一种镍基无钴正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍基无钴正极材料，化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种镍基无钴正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池的
，具体涉及一种镍基无钴正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂电池用正极材料性能直接影响着锂电池的性能其价格也直接反映在下游的产品上。高镍三元正极材料NCMe(Li
a
Ni
x
Co
y
Me
z
，其中Me为Mn或Al元素)因其充放电电压高、充放电比容量高等优势，成为锂离子电池正极材料领域研发和应用的热点。锂电三元正极材料中Co元素因价格昂贵，资源稀缺且价格容易受国际形势影响等因素成为影响行业未来快速发展的关键因素，同时无钴材料因不含钴元素，材料的结构稳定性、倍率性能及循环性能等明显较低，因此，如何获得具有高性能的镍基无钴正极材料备受人们广泛关注。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种镍基无钴正极材料及其制备方法，实现了在不添加钴元素的前提下，通过简单的制备工艺制得材料层间距由内向外逐渐增大的镍基无钴正极材料。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种镍基无钴正极材料，化学式为Li
n
Ni1‑
x
‑
y
‑
z
η
x
θ
y
λ
z
O2，由镍基无钴正极材料的前驱体、锂源、添加剂η、添加剂θ和添加剂λ组成，其中，各组分的摩尔量按下列数值范围进行配比计算：0.98≤n≤1.50，0.01≤x≤0.15，0.01≤y≤0.10，0.01≤z≤0.05。
[0006]一种镍基无钴正极材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0007]步骤1、一种镍基无钴正极材料，化学式为Li
n
Ni1‑
x
‑
y
‑
z
η
x
θ
y
λ
z
O2，其中0.98≤n≤1.50，0.01≤x≤0.15，0.01≤y≤0.10，0.01≤z≤0.05，按上述摩尔量配比计算，称取如下原料：镍基无钴正极材料的前驱体、锂源、添加剂η、添加剂θ和添加剂λ；
[0008]步骤2、将镍基无钴正极材料的前驱体、添加剂η、锂源1混合均匀，制得混合物1；
[0009]步骤3、将混合物1进行一次烧结，对一次烧结产物进行破碎、过筛，得到一次烧物料；
[0010]步骤4、将一次烧结物料、锂源2、添加剂θ混合均匀，制得混合物2；
[0011]步骤5、将混合物2进行二次烧结，将二次烧结产物进行破碎，过筛，得到二次烧物料；
[0012]步骤6、将二次烧结物料与添加剂λ混合均匀，制得混合物料3；
[0013]步骤7、将混合物3进行三次烧结，将三次烧结产物进行破碎，过筛，得到目标镍基无钴正极材料。
[0014]本专利技术的特征还在于：
[0015]镍基无钴正极材料的前驱体为氢氧化镍或碳酸镍。
[0016]锂源为氢氧化锂或硝酸锂中的一种或任意配比的两种，按添加顺序分为锂源1和
锂源2，其中，锂源1中锂的摩尔量按n1取0.9进行计算配料，锂源2中锂的摩尔量按0.08≤n2≤0.60进行计算配料，且满足n1+n2＝n。
[0017]添加剂η、添加剂θ、添加剂λ为含有金属阳离子且不含钴的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氯化盐和草酸盐中的一种或任意配比的多种，粒度D50均小于0.5μm；三种添加剂所含有的金属阳离子的离子半径满足r
η
<r
θ
<r
λ
，其中0.04nm≤r
η
<0.072nm，0.072nm≤r
θ
≤0.09nm，0.09nm<r
λ
≤0.138nm。
[0018]一次烧结为氧气气氛下两段烧结，一段烧结温度为300～600℃，保温时间4～8h，二段烧结温度为650～880℃，保温时间10～20h。
[0019]二次烧结为氧气气氛下烧结温度为600～850℃，保温时间5～15h。
[0020]三次烧结为氧气气氛下烧结温度为650～850℃，保温时间2～15h。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术镍基无钴正极材料采用三次烧结，且不同烧结阶段使用不同离子半径的添加剂进行烧结，同时随烧结次数的增加，添加剂的离子半径随之增大的方式制得，制备工艺简单，易推广。
[0023](2)本专利技术随着烧结次数的增加，添加剂离子半径逐渐增大，从而使烧结过程中材料的层间距进行由外向内逐次的“撬开”，层间距逐渐增大，避免了直接使用离子半径较大的添加剂使层间距骤然强力撑开使材料的结构稳定性降低，进一步的缓解了镍基材料因无钴而充放电缓慢的问题。
[0024](3)本专利技术在烧结添加剂的三次过程中，均由表面向内部进行扩散，使得颗粒由外向内及一次颗粒的表面和界面更加稳定，从而提高了材料的热稳定性和耐电解液的腐蚀的特性，进而提高电池的安全性能。
[0025](4)本专利技术采用的锂源为氢氧化锂或硝酸锂中的一种或两种，其熔点较低，在一次烧结和二次烧结过程中可以起到助熔作用，从而促进添加剂的进一步扩散，并可准确确定一次烧结产物混锂过程中使用的锂量。
[0026](5)本专利技术第三次烧结过程中采用大离子半径的添加剂而不使用锂盐可以促进表面的层间距的增大及添加剂对表面颗粒及界面的进一步稳定，从而进一步提高材料的稳定性。
附图说明
[0027]图1是不同离子半径的添加剂在进行不同阶段烧结时离子从外内扩散的原理示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例2和对比例2所得镍基无钴正极材料的循环性能图；
[0029]图3是本专利技术实施例3所得镍基无钴正极材料的SEM图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0031]本专利技术一种镍基无钴正极材料，化学式为Li
n
Ni1‑
x
‑
y
‑
z
η
x
θ
y
λ
z
O2，其中，0.98≤n≤1.50，0.01≤x≤0.15，0.01≤y≤0.10，0.01≤z≤0.05。该材料由镍基无钴正极材料的前驱体、锂源、添加剂η、添加剂θ和添加剂λ组成，其中，镍基无钴正极材料的前驱体为氢氧化镍
或碳酸镍；锂源为氢氧化锂或硝酸锂中的一种或任意配比的两种；添加剂η、添加剂θ、添加剂λ为含有金属阳离子且不含钴的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氯化盐和草酸盐中的一种或任意配比的多种。
[0032]在制备目标镍基无钴正极材料的过程中，当锂源分两次添加时，按添加顺序一次烧结过程添加的为锂源1，二次烧结过程添加的为锂源2，锂源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基无钴正极材料，化学式为Li
n
Ni1‑
x
‑
y
‑
z
η
x
θ
y
λ
z
O2，其特征在于，由镍基无钴正极材料的前驱体、锂源、添加剂η、添加剂θ和添加剂λ组成，其中，各组分的摩尔量按下列数值范围进行配比计算：0.98≤n≤1.50，0.01≤x≤0.15，0.01≤y≤0.10，0.01≤z≤0.05。2.根据权利要求1所述的一种镍基无钴正极材料，其特征在于，所述镍基无钴正极材料的前驱体为氢氧化镍或碳酸镍。3.根据权利要求1所述的一种镍基无钴正极材料，其特征在于，所述锂源为氢氧化锂或硝酸锂中的一种或任意配比的两种，按添加顺序分为锂源1和锂源2，其中，锂源1中锂的摩尔量按n1取0.9进行计算配料，锂源2中锂的摩尔量按0.08≤n2≤0.60进行计算配料，且满足n1+n2＝n。4.根据权利要求1所述的一种镍基无钴正极材料，其特征在于，所述添加剂η、添加剂θ、添加剂λ为含有金属阳离子且不含钴的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氯化盐和草酸盐中的一种或任意配比的多种，粒度D50均小于0.5μm；三种添加剂所含有的金属阳离子的离子半径满足r
η
<r
θ
<r
λ
，其中0.04nm≤r
η
<0.072nm，0.072nm≤r
θ
≤0.09nm，0.09nm<r
λ
≤0.138nm。5.一种镍基无钴正极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，李宇，王继锋，孙静，张诚，孙豪，李领，寇亮，屈涛，
申请(专利权)人：泾河新城陕煤技术研究院新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：