磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料技术领域，该正极材料化学分子式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体涉及一种磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的逐步推广，动力型锂离子电池得到了广泛的应用，开发高稳定性、长循环、高容量的锂离子电池正极材料已成为当今的研究热点。高镍三元正极材料被认为是动力型锂离子电池正极材料的发展方向，但仍面临诸多难题。由于材料结构的不稳定性，导致表面易与空气中的CO2和H2O发生副反应，易被电解质侵蚀，导致材料结构破坏，容量快速衰减、电压严重下降。因此，提供一种能同时提高正极材料循环、倍率性能的高镍正极材料显得尤为重要。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种结构稳定性好、循环性能、倍率性能等电化学性能好的磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料及其制备方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料，所述正极材料的化学分子式为LiNi
x
Co
y
W
z
O2·
(Li3In
a
Al
b
P3O
12
)
c
，其中0.60≤x≤1.0，0.001≤y≤0.050，0≤z≤0.40，x+y+z＝1，0.1≤a≤1.9，0.1≤b≤1.9，a+b＝2，0.001≤c≤0.05。
[0005]一种磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)在惰性气体保护下，将含有镍源、钴源、钨源的溶液以及碱溶液和络合剂溶液加入反应釜混合进行共沉淀反应，随后经过陈化、洗涤和干燥后，得到镍钴钨前驱体Ni
x
Co
y
W
z
(OH)2；
[0007](2)将步骤(1)中得到的所述镍钴钨前驱体Ni
x
Co
y
W
z
(OH)2与锂盐固相混合均匀，进行一次烧结，然后粉碎得到三元材料内核LiNi
x
Co
y
W
z
O2；
[0008](3)将铟源、铝源、锂源及磷源配置成包覆溶液，将步骤(2)中得到的所述三元材料内核LiNi
x
Co
y
W
z
O2加入到包覆溶液中混合搅拌；
[0009](4)将步骤(3)中最终得到的均匀包覆后的溶液真空干燥后进行二次烧结，即可得到磷酸铝铟锂包覆高镍镍钨钴酸锂正极材料，即，
[0010]LiNi
x
Co
y
W
z
O2·
(Li3In
a
Al
b
P3O
12
)
c
，其中0.60≤x≤1.0，0.001≤y≤0.050，0≤z≤0.40，x+y+z＝1，0.1≤a≤1.9，0.1≤b≤1.9，a+b＝2，0.001≤c≤0.05。
[0011]优选的，步骤(1)中所述惰性气体为氮气；
[0012]所述镍源为硫酸镍；所述钴源为硫酸钴；所述钨源为钨酸钠、磷酸钨、钨酸铵、仲钨酸铵或偏钨酸铵中的一种或多种；所述碱溶液为氢氧化钠；
[0013]所述络合剂为氨水。
[0014]优选的，步骤(1)中所述共沉淀反应中的混合方式为搅拌，搅拌转速为50
‑
500r/
min；
[0015]所述含有镍源、钴源、钨源的溶液中，金属离子的总浓度为0.5～3.0mol/L；
[0016]所述络合剂溶液的浓度为2～4mol/L；
[0017]所述共沉淀反应过程中，温度为30
‑
90℃，pH为10
‑
13，反应时长为30
‑
200小时。
[0018]优选的，步骤(2)中所述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、乙酸锂和硝酸锂中的一种或多种；
[0019]所述锂盐中的锂与含有镍源、钴源、钨源的溶液中总过渡金属摩尔比为1
‑
1.15。
[0020]优选的，步骤(2)中所述一次烧结分为两段烧结，先在300
‑
600℃下预烧3
‑
10h，随后升温至700
‑
950℃烧结6
‑
30小时，升温速率为1.5
‑
4℃/min，烧结气氛为氧气。
[0021]优选的，步骤(3)中使用铟源、铝源、锂源及磷源配置的包覆溶液与步骤(2)中的三元材料内核LiNi
x
Co
y
W
z
O2混合均匀形成包覆层；
[0022]其中混合方式为湿法搅拌，溶剂为纯水、乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或多种，体系温度为30
‑
80℃，包覆溶液的固含量在40
‑
80％，搅拌转速具体为30
‑
150r/min，包覆时间为30
‑
120min。
[0023]优选的，步骤(3)中所述铟源为硝酸铟、硫酸铟、氧化铟、磷酸铟、氯化铟、氢氧化铟及醋酸铟中的一种或多种；
[0024]所述铝源为硫酸铝、氧化铝、草酸铝、硝酸铝、磷酸铝、氟化铝、氯化铝及氢氧化铝中的一种或多种；
[0025]所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氯化锂、氟化锂的一种或多种；
[0026]所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸中的一种或多种。
[0027]其中，铟、铝及磷元素摩尔比为0.2～1.8:0.2～1.8:2～4
[0028]优选的，步骤(4)中，二次烧结的温度为350～700℃，烧结的时间为7～12h，升温速率为1
‑
4℃/min，烧结气氛为氧气。
[0029]本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
[0030]1、本专利技术针对高镍正极材料带来的结构稳定性差进行改善，通过共沉淀法内部均匀掺杂W的镍钴钨氢氧化物前驱体，前驱体共沉淀掺杂原料成本低，掺杂效果比固相更均匀，效果更明显。研究发现，钨元素能稳定提高锂离子电池的工作电压，保证电池的能量密度，增加层状结构间距，提高倍率性能，并且稳定正极材料的晶体结构，从而加强正极材料的循环稳定性。
[0031]2、含锂复合化合物磷酸铝铟锂具有优异的离子导电性和稳定性，不仅减缓了充放电过程中电解液对三元正极材料LiNi
x
Co
y
W
z
O2的腐蚀速度，而且提高了三元正极材料LiNi
x
Co
y
W
z
O2的结构稳定性，导电性和离子传输速率。体相W元素掺杂和包覆层磷酸铝铟锂具有协同作用，不仅有利于提高锂离子的传输性能，抑制HF的形成，还能减少正极材料内部裂纹的产生，提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学分子式为LiNi
x
Co
y
W
z
O2·
(Li3In
a
Al
b
P3O
12
)
c
，其中0.60≤x≤1.0，0.001≤y≤0.050，0≤z≤0.40，x+y+z＝1，0.1≤a≤1.9，0.1≤b≤1.9，a+b＝2，0.001≤c≤0.05。2.如权利要求1所述的磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在惰性气体保护下，将含有镍源、钴源、钨源的溶液以及碱溶液和络合剂溶液加入反应釜混合进行共沉淀反应，随后经过陈化、洗涤和干燥后，得到镍钴钨前驱体Ni
x
Co
y
W
z
(OH)2；(2)将步骤(1)中得到的所述镍钴钨前驱体Ni
x
Co
y
W
z
(OH)2与锂盐固相混合均匀，进行一次烧结，然后粉碎得到三元材料内核LiNi
x
Co
y
W
z
O2；(3)将铟源、铝源、锂源及磷源配置成包覆溶液，将步骤(2)中得到的所述三元材料内核LiNi
x
Co
y
W
z
O2加入到包覆溶液中混合搅拌；(4)将步骤(3)中最终得到的均匀包覆后的溶液真空干燥后进行二次烧结，即可得到磷酸铝铟锂包覆高镍镍钨钴酸锂正极材料，即LiNi
x
Co
y
W
z
O2·
(Li3In
a
Al
b
P3O
12
)
c
，其中0.60≤x≤1.0，0.001≤y≤0.050，0≤z≤0.40，x+y+z＝1，0.1≤a≤1.9，0.1≤b≤1.9，a+b＝2，0.001≤c≤0.05。3.如权利要求2所述的磷酸铝铟锂包覆高镍镍钴钨酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述惰性气体为氮气；所述镍源为硫酸镍、草酸镍、乙酸镍、硝酸镍或氯化镍中的一种或多种；所述钴源为硫酸钴、草酸钴、氯化钴或硝酸钴中的一种或多种；所述钨源为钨酸钠、磷酸钨、钨酸铵、仲钨酸铵或偏钨酸铵中的一种或多种；所述碱溶液为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钾中一种或多种；所述络合剂为氨水、草酸、柠檬酸和乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：柴海涛，方胜庭，田新勇，高彦宾，
申请(专利权)人：陕西红马科技有限公司，
类型：发明
国别省市：