一种无钴高镍NMA三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无钴高镍NMA三元正极材料及其制备方法，包括：称取可溶性锂盐、可溶性镍盐、可溶性锰盐、可溶性铝盐；配置盐溶液；配置螯合剂溶液；将螯合剂溶液加入盐溶液，搅拌得到螯合剂

【技术实现步骤摘要】
一种无钴高镍NMA三元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子动力电池材料
，涉及一种无钴高镍NMA三元正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车和大规模储能电站的快速发展，世界各国对锂离子电池的需求与日俱增。正极材料作为锂离子电池四大组成部分之一，是锂离子电池电化学性能、可靠性、安全性以及性价比的重要决定性因素。当下，镍钴锰三元正极材料Li[Ni1‑
x
‑
y
Co
x
Mn
y
]O2(NCM)由于高比容量、高能量密度和高循环稳定性，占据大量正极材料的市场份额。然而，钴资源储量匮乏，且多来源于伴生矿，生产工艺复杂，提取成本较高。此外，钴资源的供应易受到影响，价格和供应量波动较大，无法满足锂离子电池的快速发展。为了降低锂离子电池的制造成本以及对钴元素的严重依赖，低估化、无钴化是当前锂离子电池正极材料发展的必然趋势。
[0003]在NCM三元正极材料中，镍、钴、锰金属元素相辅相成，协同作用。镍，作为活性组分，贡献出主要的可逆储锂容量；锰，作为非活性物质，起到稳定材料结构和提高材料热稳定性的作用；而钴，则在抑制阳离子混排现象，促进材料形成有序结构和优化高倍率性能等方面发挥主要作用。因此，当将NCM中的Co元素去除后，大多数无钴正极材料包括无钴二元正极材料Li[Ni1‑
x
Mn
x
]O2，均存在严重的阳离子混排、较低的锂离子扩散速率、以及衰退的可逆比容量、倍率性能和首次库伦效率等缺陷。
[0004]因此，寻找合适的新型无钴高镍正极材料体系仍面临重大的困难。尤其是在不使用Co的前提下，同时解决高阳离子混排度、低倍率性能和低循环稳定性等缺陷仍比较困难。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种无钴高镍NMA三元正极材料及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术实施例提供了一种无钴高镍NMA三元正极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0007]步骤1、按照化学表达式为Li[Ni1‑
x
‑
y
Mn
x
Al
y
]O2中Li、Ni、Mn和Al元素的化学计量比，称取可溶性锂盐、可溶性镍盐、可溶性锰盐、可溶性铝盐，其中，0.05≤x≤0.5，0.005≤y≤0.06，x和y为摩尔数；
[0008]步骤2、将所称取的可溶性锂盐、可溶性镍盐、可溶性锰盐、可溶性铝盐加入去离子水溶液中，经过充分溶解配置成盐溶液；并将螯合剂加入去离子水溶液中，经过充分溶解配置成螯合剂溶液；
[0009]步骤3、将螯合剂溶液匀速逐滴加入至盐溶液中，经过搅拌得到螯合剂
‑
盐混合溶液；
[0010]步骤4、将氨水溶液匀速逐滴加入至螯合剂
‑
盐混合溶液中，调节溶液的pH值至预
设值后，利用磁力搅拌器对pH值为预设值的螯合剂
‑
盐混合溶液进行搅拌，以得到溶胶；
[0011]步骤5、将溶胶置于恒温磁力搅拌水浴锅中进行搅拌和加热，直至溶胶表面成膜后，转入电热鼓风干燥箱中进行加热干燥得到湿凝胶；
[0012]步骤6、将湿凝胶置于真空干燥箱中进行升温干燥，得到干凝胶；
[0013]步骤7、将干凝胶通过研磨粉碎，之后转入马弗炉中，在空气氛围下进行恒温预烧，以去除有机物，得到无钴高镍三元Li[Ni1‑
x
‑
y
Mn
x
Al
y
]O2正极材料的前驱体；
[0014]步骤8、将前驱体转入气氛炉中，在氧气氛围下，恒温煅烧，得到无钴高镍NMA三元正极材料Li[Ni1‑
x
‑
y
Mn
x
Al
y
]O2，其中，恒温煅烧的温度高于恒温预烧的温度。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述可溶性锂盐为硝酸锂、醋酸锂、碳酸锂的任意一种或几种；所述可溶性镍盐为硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、氯化镍的任意一种或几种；所述可溶性锰盐为硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰、氯化锰的任意一种或几种；所述可溶性铝盐为硝酸铝、醋酸铝、硫酸铝和氯化铝的任意一种或者几种；其中，镍离子、锰离子、铝离子的摩尔比为(60
‑
95)：(5
‑
40)：(0.5
‑
6)。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述盐溶液的浓度为0.2
‑
1.0mol/L，其中，镍离子、锰离子、铝离子的摩尔比为(60
‑
95)：(5
‑
40)：(0.5
‑
6)。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述螯合剂为柠檬酸或酒石酸中的一种；所述螯合剂的浓度为0.24
‑
1.2mol/L；所述螯合剂溶液加入盐溶液的速度为1
‑
5mL/min。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述氨水溶液的摩尔浓度为10
‑
20mol/L；所述预设值为6
‑
10；所述螯合剂
‑
盐混合溶液在磁力搅拌器的转速为100
‑
400rpm，匀速搅拌时间为8
‑
16h。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述溶胶在恒温磁力搅拌水浴锅的搅拌速度为50
‑
400rpm，加热温度为60
‑
90℃；成膜后的溶胶在电热鼓风干燥箱的温度为60
‑
90℃；所述湿凝胶在真空干燥箱的温度为100
‑
140℃。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，粉碎后的干凝胶在马弗炉的温度为300
‑
600℃，预烧时间为2
‑
10h，所述马弗炉的升温速率为2
‑
10℃/min。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述前驱体在气氛炉的温度为750
‑
950℃，煅烧时间为8
‑
20h，所述气氛炉的升温速率为2
‑
15℃/min。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述无钴高镍NMA三元正极材料的由上述任一项实施例所述的制备方法制备而成，所述无钴高镍NMA三元正极材料的化学式为Li[Ni1‑
x
‑
y
Mn
x
Al
y
]O2，其中，0.05≤x≤0.5，0.005≤y≤0.06，x和y为摩尔数。
[0023]在本专利技术的一个实施例中，所述无钴高镍NMA三元正极材料的形貌特征为球形或者类球形，平均粒径为200
‑
600nm。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0025]本专利技术选用A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无钴高镍NMA三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤1、按照化学表达式为Li[Ni1‑
x
‑
y
Mn
x
Al
y
]O2中Li、Ni、Mn和Al元素的化学计量比，称取可溶性锂盐、可溶性镍盐、可溶性锰盐、可溶性铝盐，其中，0.05≤x≤0.5，0.005≤y≤0.06，x和y为摩尔数；步骤2、将所称取的可溶性锂盐、可溶性镍盐、可溶性锰盐、可溶性铝盐加入去离子水溶液中，经过充分溶解配置成盐溶液；并将螯合剂加入去离子水溶液中，经过充分溶解配置成螯合剂溶液；步骤3、将螯合剂溶液匀速逐滴加入至盐溶液中，经过搅拌得到螯合剂
‑
盐混合溶液；步骤4、将氨水溶液匀速逐滴加入至螯合剂
‑
盐混合溶液中，调节溶液的pH值至预设值后，利用磁力搅拌器对pH值为预设值的螯合剂
‑
盐混合溶液进行搅拌，以得到溶胶；步骤5、将溶胶置于恒温磁力搅拌水浴锅中进行搅拌和加热，直至溶胶表面成膜后，转入电热鼓风干燥箱中进行加热干燥得到湿凝胶；步骤6、将湿凝胶置于真空干燥箱中进行升温干燥，得到干凝胶；步骤7、将干凝胶通过研磨粉碎，之后转入马弗炉中，在空气氛围下进行恒温预烧，以去除有机物，得到无钴高镍三元Li[Ni1‑
x
‑
y
Mn
x
Al
y
]O2正极材料的前驱体；步骤8、将前驱体转入气氛炉中，在氧气氛围下，恒温煅烧，得到无钴高镍NMA三元正极材料Li[Ni1‑
x
‑
y
Mn
x
Al
y
]O2，其中，恒温煅烧的温度高于恒温预烧的温度。2.根据权利要求1所述的无钴高镍NMA三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性锂盐为硝酸锂、醋酸锂、碳酸锂的任意一种或几种；所述可溶性镍盐为硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍、氯化镍的任意一种或几种；所述可溶性锰盐为硝酸锰、乙酸锰、硫酸锰、氯化锰的任意一种或几种；所述可溶性铝盐为硝酸铝、醋酸铝、硫酸铝和氯化铝的任意一种或者几种；其中，镍离子、锰离子、铝离子的摩尔比为(60
‑
95)：(5
‑
40)：(0.5
‑
6)。3.根据权利要求1所述的无钴高镍NMA三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述盐溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智敏，闫弘麟，哈媛，邢林庄，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：