一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，公开了一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法。所述三元材料的分子式为LiM

【技术实现步骤摘要】
一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池制造
，具体涉及一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法。

技术介绍

[0002]在富镍层状材料中，(001)晶面中包含的NiO6、CoO6和MnO6八面体通过共享的氧原子相互连接，形成致密的阻碍Li
+
沿c轴插入的结构。(001)晶面的边垂直于a轴和b轴，分别对应了(100)和(010)晶格平面。(100)和(010)面由于具有完全开放的特性，被认为是Li
+
扩散的活性面，能够保证Li
+
脱嵌层通道通畅。由于富镍正极材料可以很好地继承前驱体的形态和结构，设计和制备具有高比例(010)晶面的前驱体有利于获得高曝露(010)晶面的正极材料。许多研究人员通过调节共沉淀反应的氨水浓度、反应时间和表面活性剂加入量，来进一步调控目标晶面的主导生长过程。但是这些调节方法的调节效果有限，对材料性能的改善也有限。因此，找到一种既能调节材料的(010)晶面的生长，又能提高材料的电化学性能的方法，对三元材料性能的提升和改善机理的研究有很大的意义。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题本专利技术首要目的是提供一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法。本专利技术通过对三元前驱体材料进行钨元素掺杂，通过调节钨源的添加方式和锂化烧结方式，制备出高含量的(010)曝露面的钨掺杂的三元材料，有效提高了材料的比容量和电化学循环性能。
[0004]本专利技术的目的具体通过以下技术方案实现：
[0005]一种调控(010)晶面优先生长的三元材料，其特征在于，所述三元材料的分子式为LiM
m
W1‑
m
O2@LiNi
x
Co
y
Mn
z
W1‑
x
‑
y
‑
z
O2，其中M为Ni、Co、Mn、Al中的一种或几种，0.5≤m≤1，0.6≤x≤0.9；0.9≤x+y+z≤1。所述三元材料为一次纳米片聚集的二次微米球状结构，二次微米球体平均直径为4
‑
7μm，一次纳米片长度为400
‑
700nm，宽度为50
‑
150nm，曝露晶面为(010)晶面。
[0006]一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007](1)将镍盐、钴盐、锰盐、钨盐、氢氧化钠溶液和氨水溶液并流进料至反应釜中，调节反应pH，进行一次共沉淀反应，反应一定时间后，形成均匀的一次颗粒；继续并流加入掺杂金属(M)盐、氢氧化钠溶液和氨水溶液，同时调控钨源的加料方式，调节反应pH，进行二次共沉淀反应，反应一定时间后，经过离心、洗涤、干燥后，形成M
m
W1‑
m
(OH)2@Ni
x
Co
y
Mn
z
W1‑
x
‑
y
‑
z
(OH)2三元前驱体。
[0008](2)按比例称取物料，在一定体积的球磨罐里依次加入步骤(1)中的三元材料前驱体和锂源，球磨混合后，在氧气气氛下分两段锂化烧结，得到(010)晶面优先生长的三元正极材料LiM
m
W1‑
m
O2@LiNi
x
Co
y
Mn
z
W1‑
x
‑
y
‑
z
O2。
[0009]优选地，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂中的一种或几种。
[0010]优选地，步骤(1)中所述镍盐、锰盐、钴盐的浓度为0.5
‑
3mol/L；所述氢氧化钠的浓度为4
‑
8mol/L；氨水的浓度为4
‑
10mol/L。所述掺杂金属(M)盐的浓度为0.5
‑
3mol/L；所述钨源的浓度为0.05
‑
2mol/L。
[0011]优选地，步骤(1)中所述镍盐、锰盐、钴盐、铝盐主要为硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐中的一种或几种。所述钨源主要为钨酸盐为钨酸钠、钨酸铵中的一种或几种。
[0012]优选地，步骤(1)中所述一次沉淀过程反应温度为40
‑
60℃，所述反应时间为10
‑
20h；所述溶液pH为10.5
‑
12。所述二次沉淀过程反应温度为40
‑
60℃，所述反应时间为1
‑
5h；所述溶液pH为9.5
‑
12.5，二次沉淀过程的钨源加入方法为喷射式加料，高速搅拌下喷洒或者旋转喷洒。
[0013]优选地，步骤(1)中所述二次沉淀添加的掺杂金属(M)盐：钨源：主体镍钴锰元素之和的摩尔比为(1
‑
10)(0.1
‑
1.5)：100。
[0014]优选地，步骤(2)中所述三元前驱体与锂源的元素摩尔比为1:(1.03
‑
1.06)。
[0015]优选地，步骤(2)中所述一段烧结温度为600
‑
800℃；烧结时间为1
‑
10h；二段烧结温度为900
‑
1000℃；烧结时间为2
‑
20h。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：
[0017](1)本专利技术通过对三元前驱体进行原位钨掺杂，但反应一段时间后，首先发生金属氢氧化物的成核。由于金属氢氧化物生长方式为沿着{001}及{010}晶面生长，而{010}晶面具有较大的表面能，容易吸附具有较高价态的钨离子，从而可加速{001}晶面的生长。因此，上述反应可形成富含(010)晶面的三元前驱体，再经过后续的二段锂化烧结，制备出高曝露的(010)晶面的钨掺杂的三元材料。
[0018](2)与传统的直接加入掺杂源相比，本专利技术提供的喷射式、高速搅拌下喷洒或者旋转喷洒的加入方式，可以使反应容器中钨离子分布更均匀，更容易吸附于前驱体材料的高活性{010}晶面，有利于形成高曝露(010)晶面的三元前驱体材料。
[0019](3)本专利技术设计了一种低成本，易实现的改性方法，能够显著提升三元材料的电化学性能，具有良好的应用前景。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施案例1中产物的SEM图。
具体实施方式
[0021]实施例1
[0022](1)分别配制2mol/L硫酸镍、2mol/L硫酸钴、2mol/L硫酸锰、0.05mol/L钨酸钠溶液，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰和钨酸钠溶液按70:20：5：5并流通入反应釜中，同时将4mol/L的NaOH溶液和6mol/L的氨水溶液并流通入反应釜内，调节反应釜温度至40℃，不断搅拌反应，并同时检测溶液pH，调节pH值至10.8
‑
1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调控(010)晶面优先生长的三元材料，其特征在于，所述三元材料的分子式为LiM
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O2@LiNi
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Mn
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O2，其中M为Ni、Co、Mn、Al中的一种或几种，0.5≤m≤1，0.6≤x≤0.9；0.9≤x+y+z≤1。所述三元材料为一次纳米片聚集的二次微米球状结构，二次微米球体平均直径为4
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7μm，一次纳米片长度为400
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700nm，宽度为50
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150nm，曝露晶面为(010)晶面。2.一种调控三元材料(010)晶面优先生长的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将镍盐、钴盐、锰盐、钨盐、氢氧化钠溶液和氨水溶液并流进料至反应釜中，调节反应pH，进行一次共沉淀反应，反应一定时间后，形成均匀的一次颗粒；继续并流加入掺杂金属(M)盐、氢氧化钠溶液和氨水溶液，同时调控钨源的加料方式，调节反应pH，进行二次共沉淀反应，反应一定时间后，经过离心、洗涤、干燥后，形成M
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(OH)2@Ni
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(OH)2三元前驱体。(2)按比例称取物料，在一定体积的球磨罐里依次加入步骤(1)中的三元材料前驱体和锂源，球磨混合后，在氧气气氛下分两段锂化烧结，得到(010)晶面优先生长的三元正极材料LiM
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O2@LiNi
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Co
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O2。所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的一种调控三元材...

【专利技术属性】
技术研发人员：明磊，陈聪，欧星，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：