一种钨掺杂富镍NCM94正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，公开了一种钨掺杂富镍NCM94正极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术制备方法制备得到的钨掺杂富镍NCM94正极材料，镍含量较高，能够提升电池容量增强稳定性。用该钨掺杂富镍NCM94正极材料在以硫化物电解质为基础的全固态锂离子电池中表现良好的长循环稳定性与优异的倍率性能，为固态电池正极界面的改性方法提供了一种新思路。池正极界面的改性方法提供了一种新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种钨掺杂富镍NCM94正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，特别涉及一种钨掺杂富镍NCM94(Li[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
]O2)正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)由于具有较高的离子导电性和高容量等性能而具有广泛的应用前景，自商业化以来由于其优异的性能得到了广泛应用，从电子产品到电动汽车对我们的生活领域产生了深远影响。但目前商业的液态锂离子电池还存在很多缺陷，如能量密度、电流密度、环境兼容性、价格等方面仍有很多方面没有达到预期的要求，同时因为使用有机电解液导致容易起火，引起安全问题。为了解决这些问题，基于金属锂阳极的高能量密度、高安全性的全固态锂电池(ASSLIB)被提出，并成为近年来的研究热点。目前全球固态电池领域蓬勃发展，欧洲最早推进固态电池产业化，日韩举全国之力大力发展固态电池，根据测算，2025年我国固态电池市场空间有望达30亿元，2030年有望达到200亿元。
[0003]虽然全固态锂离子电池(ASSLIB)有着良好的发展前景，但目前在实际应用中还面临着很大的困难。在正极侧界面上固态电池面临着正极材料与固态电解质严重界面反应，空间电荷层，元素扩散，接触不良等问题。这些问题导致固态电池的循环稳定性大大降低。为解决此问题，本专利技术提出一种对正极材料富镍NCM94进行钨掺杂的改性方法。目前9系高镍研究内容不多，而镍含量的提升能够提升电池容量，在此基础上再进行钨掺杂改性，增强稳定性。

技术实现思路

[0004]为了克服现有固态电池技术中存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种钨掺杂富镍NCM94(Li[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
]O2)正极材料的制备方法；该制备过程较为简单，可以低成本，大批量地生成掺杂钨的富镍NCM94正极材料。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的钨掺杂富镍NCM94(Li[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
]O2)正极材料。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供一种上述钨掺杂富镍NCM94(Li[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
]O2)正极材料的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0008]一种钨掺杂富镍NCM94(Li[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
]O2)正极材料的制备方法，按照以下操作步骤：
[0009](1)将NiSO4·
6H2O、CoSO4·
7H2O和MnSO4·
H2O按摩尔比94:5:1溶解于去离子水中得到混合溶液；将混合溶液在氩气气氛下泵入到连续搅拌模式反应器中；同时将NaOH溶液和氨水泵入反应器中，搅拌反应15h后经洗涤、过滤、真空干燥得到[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
](OH)2前驱体；
[0010](2)在氩气气氛中将步骤(1)所得[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
](OH)2前驱体与LiOH按照摩尔
比1:1.05进行混合，得到混合物；再向混合物中加入占混合物质量0.2％～2％的WO3，研磨均匀；将研磨好的混合物放入坩埚中，在纯氧气氛下，送进管式炉高温煅烧；煅烧完毕取出冷却至室温后，得到钨掺杂富镍NCM94正极材料。
[0011]步骤(1)所述混合溶液中溶质的浓度为2M；所述NaOH溶液的浓度为4M，所述氨水的浓度为10.5M。
[0012]步骤(1)所述真空干燥的温度为110℃，干燥的时间为12h。
[0013]步骤(2)所述研磨的时间为30min；所述高温煅烧的温度为750℃，高温煅烧的时间为12h。
[0014]一种由上述的制备方法制备得到的钨掺杂富镍NCM94正极材料。
[0015]上述的钨掺杂的富镍NCM94正极材料在制备固态锂离子电池中的应用。
[0016]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
[0017](1)本专利技术得到的钨掺杂的富镍NCM94正极材料镍含量较高，能够提升电池容量增强稳定性。
[0018](2)本专利技术通过共沉淀的方法制备钨掺杂的富镍NCM94正极材料，该工艺首次运用镍含量大于0.9的NCM正极材料于固态电池的制备。
[0019](3)本专利技术掺杂元素钨的引入不需要与前驱体一起共沉淀，仅通过简单的固相研磨混合烧结的方法即可将钨元素引入到NCM94材料中。且工艺简单，流程简便，整个制作过程历时周期短，绿色安全，无污染，便于大规模成体系的操作。
[0020](4)本专利技术反应充分，有利于稳定产出。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3和对比例1中所制备的钨掺杂富镍NCM94正极材料的XRD图。
[0022]图2为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3和对比例1在0.5C下的基于Li6PS5Cl电解质的全固态锂离子电池的长循环。
[0023]图3为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3和对比例1料在0.5C条件下基于Li6PS5Cl电解质的全固态锂离子电池的充放电曲线。
[0024]图4为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3和对比例1基于Li6PS5Cl电解质的全固态锂离子电池倍率性能图。
[0025]图5为本专利技术实施例2和对比例1基于Li6PS5Cl电解质的全固态锂离子电池循环后的阻抗及等效电路，表1为各部分阻抗的拟合结果。
[0026]图6为本专利技术实施例2和对比例1基于Li6PS5Cl电解质的全固态锂离子电池的充放电GITT图。
[0027]图7为本专利技术实施例2和对比例1基于Li6PS5Cl电解质的全固态锂离子电池充放电GITT图计算得到的极化电位图。
[0028]图8为由本专利技术实施例2和对比例1基于Li6PS5Cl电解质的全固态锂离子充放电GITT图计算得到的离子扩散图。
具体实施方式
[0029]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0030]实施例1：钨掺杂富镍NCM94电池的制备过程及其全固态电池的组装
[0031](1)将NiSO4·
6H2O、CoSO4·
7H2O和MnSO4·
H2O按摩尔比94:5:1溶解于去离子水中得到混合溶液；将混合溶液在氩气气氛下泵入到连续搅拌模式反应器中；同时，4M的NaOH和10.5M的氨水也被泵入反应器中；在合成过程中，最初形成[Ni
0.94
Co
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钨掺杂富镍NCM94正极材料的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：(1)将NiSO4·
6H2O、CoSO4·
7H2O和MnSO4·
H2O按摩尔比94:5:1溶解于去离子水中得到混合溶液；将混合溶液在氩气气氛下泵入到连续搅拌模式反应器中；同时将NaOH溶液和氨水泵入反应器中，搅拌反应15h后经洗涤、过滤、真空干燥得到[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
](OH)2前驱体；(2)在氩气气氛中将步骤(1)所得[Ni
0.94
Co
0.05
Mn
0.01
](OH)2前驱体与LiOH按照摩尔比1:1.05进行混合，得到混合物；再向混合物中加入占混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：江春妮，林展，张少坚，张丙凯，肖登海，张明浩，陈朝鑫，郑士良，邓英博，付伟，黎增柱，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：