铋掺杂径向取向层状正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了铋掺杂径向取向层状正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。铋掺杂径向取向层状正极材料的制备方法为：（1）将含有镍盐和钴盐的溶液Ⅰ、含有铝盐的溶液Ⅱ混合进行共沉淀，加入碱液并进行加热回流和搅拌，反应得到前驱体呈径向取向的PNCA；（2）将PNCA、锂盐和铋盐混合，煅烧后得到铋掺杂径向取向NCA三元层状正极材料Bi

【技术实现步骤摘要】
铋掺杂径向取向层状正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体涉及铋掺杂径向取向层状正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的提高，私家车变得越来越普及，这极大的提升了人们生活的便利。但是由于汽车的增多，汽车尾气的大量排放，不仅造成污染环境，也使得现在雾霾天气增多，这些问题危害着人们的身体健康。对此，电动汽车由于其具有环境友好以及节省能源的特点，饱受人们的青睐。对于电动汽车而言，动力电池自然是汽车的核心部分，这使得电池材料的研究成果层出不穷。其中，镍钴锰（NCM）和镍钴铝（NCA）三元正极材料由于其高的能量密度被认为是下代电池的主要正极材料。然而，限制三元正极材料全面市场化进程的则是高镍材料所存在的自身问题。这其中主要包括，结构衰减，大量副反应的发生。
[0003]针对这些问题，前驱体径向取向十分有效的策略。申请号：202111658821.0的专利公开了掺杂铈的NCA三元正极材料前驱体及其制备方法，用过在NCA中掺杂铈来提高前驱体的能量密度。申请号为202210392363.9的专利公开了一种高纵横比三元正极材料、其制备方法及应用，将NCM前驱体和锂源、含锑化合物、含铌化合物和含钼化合物混合得到前驱体混合物，烧结后得到三元正极材料，提高循环性能。但上述专利要么使用了昂贵的稀土，要么加入大量掺杂物，成本太高。因此需要一种简单的低成本NCA三元材料的前驱体，既保持前驱体的径向取向，对材料的循环稳定性有积极的作用；并且前驱体径向取向有利于Li
+<br/>的传输，增加电池的倍率性能。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供铋掺杂径向取向层状正极材料及其制备方法。本专利技术制备的正极材料既保持前驱体的径向取向，对材料的循环稳定性有积极的作用；并且前驱体径向取向有利于Li
+
的传输，增加电池的倍率性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一方面，提供铋掺杂径向取向层状正极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将含有镍盐和钴盐的溶液Ⅰ、含有铝盐的溶液Ⅱ混合进行共沉淀，加入碱液并进行加热回流和搅拌、反应，然后依次进行陈化、离心洗涤、干燥、筛分后，得到前驱体呈径向取向的PNCA；（2）将PNCA、锂盐和铋盐混合，煅烧后得到铋掺杂径向取向NCA三元层状正极材料Bi
‑
NCA。
[0006]优选的，步骤（1）中，所述溶液Ⅰ中镍盐和钴盐的浓度均为0.6~0.7mol/L，所述溶液Ⅱ中铝盐的浓度为2.0mol/L；所述溶液Ⅰ和溶液Ⅱ的体积比为3：1。
[0007]优选的，所述镍盐为NiSO4
·
6H2O ；所述钴盐为CoSO4
·
7H2O ；所述铝盐为
NaAlO2。所述溶液Ⅰ是将镍盐和钴盐溶于去离子中得到的；所述溶液Ⅱ是将铝盐溶于去离子水中得到的。
[0008]优选的，步骤（1）中，所述碱液选自尿素、氨水或六亚甲基四胺；所述碱液的浓度为0.5
‑
1.5mol/L。
[0009]优选的，步骤（1）中，所述加热回流的温度为50℃；所述搅拌的速度为500
‑
800r/min；所述反应的时间为25
‑
48 h。
[0010]优选的，步骤（1）中，所述陈化的温度为50℃、搅拌速度为600r/min，所述陈化的时间为10h。
[0011]优选的，步骤（1）中，所述干燥的温度为90℃。
[0012]优选的，步骤（1）中，用400目的筛子对前驱体进行筛分。
[0013]优选的，步骤（2）中，所述PNCA、锂盐和铋盐的摩尔比为（0.992~0.999）：1.01：（0.001~0.008）。
[0014]优选的，所述锂盐为LiOH
·
H2O ；所述铋盐选自Bi2S3、Bi2O3、nBi2O3·
mCO2·
H2O中的至少一种。
[0015]优选的，步骤（2）中，所述煅烧是在氧气气氛中进行的；所述煅烧的温度为700~900℃，煅烧的时间为10~25h。
[0016]本专利技术的第二方面，提供上述制备方法得到的铋掺杂径向取向层状正极材料。本专利技术的有益效果：本专利技术制备的前驱体呈径向，得到的前驱体粒径分布均匀，振实密度高、形貌规整。前驱体掺杂烧结后得到的正极材料，该材料在高倍率性能和循环稳定性更加优秀。与现有的NCA掺杂相比，本专利技术的制备方法简单，可以显著提高前驱体的稳定性。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的前驱体和正极材料的SEM图，a、b、c、d、e依次别为比例尺5μm下的对比例1、对比例2、实施例1、实施例2、实施例3的前驱体的SEM图，f、g、h、i、j依次别为对比例1、对比例2、实施例1、实施例2、实施例3的正极的SEM图；从图1的a、b、c、d、e可以看出对比例1、对比例2、实施例1、实施例2、实施例3的前驱体都有径向排布，可以增强正极的循环性能，然而从图1的f、g、h、i、j可以看出只有掺铋可以使正极材料继续保持径向取向，掺铈不能使前驱体继续保持径向取向。
[0018]图2为本专利技术对比例1、对比例2、实施例1、实施例2、实施例3制备的循环性能图；图3为本专利技术对比例1、对比例2、实施例1、实施例2、实施例3制备的倍率性能图。
具体实施方式
[0019]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0020]正如
技术介绍
所述，保持前驱体的径向取向，对材料的循环稳定性有积极的作用，但很多元素掺杂后，前驱体无法继续保持径向取向。基于此，本申请提供铋掺杂径向取向层状正极材料的制备方法。专利技术人通过研究发现，以铋对NCA三元材料可以保持前驱体的径向
Al):Bi的摩尔比为1.01:0.992:0.008，在氧气气氛中700℃下烧结20小时，得到掺铋的三元正极材料，记为Bi
‑
NCA。
[0027]对比例1：该对比例为实施例1的对比实验，按照与实施例1相同的步骤和条件实施，其区别在于不用铋进行掺杂：（1）在共沉淀时将3L含有2M的Ni盐和Co盐的溶液Ⅰ和1L含有2M的Al盐的溶液Ⅱ同时加入到反应釜中；（2）控制反应釜内PH=11.2， 50℃加热回流，搅拌速度为600r/min，反应24h；（3）前驱体浆在反应釜中以50℃加热回流，搅拌速度为600r/min条件下让前驱体继续反应10h；用去离子水对前驱体浆料进行5
‑
6次清洗；将洗涤过的浆料放置在90℃烘箱中干燥；用400目的筛子对前驱体进行筛分，得到径向取向的前驱体，记为PNCA；（4）将上述的PNCA按照化学计量比混合锂盐，Li:(Ni + Co + Al)的摩尔比为1.01:1，在氧气气氛中700℃下烧结20小时，得到三元正极材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.铋掺杂径向取向层状正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将含有镍盐和钴盐的溶液Ⅰ、含有铝盐的溶液Ⅱ混合进行共沉淀，加入碱液并进行加热回流和搅拌，反应得到前驱体呈径向取向的PNCA；（2）将PNCA、锂盐和铋盐混合，煅烧后得到铋掺杂径向取向NCA三元层状正极材料Bi
‑
NCA。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述溶液Ⅰ中镍盐和钴盐的浓度均为0.6~0.7mol/L，所述溶液Ⅱ中铝盐的浓度为2.0mol/L；所述溶液Ⅰ和溶液Ⅱ的体积比为3：1。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐为NiSO4
·
6H2O ；所述钴盐为CoSO4
·
7H2O ；所述铝盐为NaAlO
2 ；所述溶液Ⅰ是将镍盐和钴盐溶于去离子中得到的；所述溶液Ⅱ是将铝盐溶于去离子水中得到的。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碱液选自尿素、...

【专利技术属性】
技术研发人员：亓亮，张华，孔令勇，
申请(专利权)人：山东泰普锂业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：