一种Zr、B掺杂高镍四元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Zr、B掺杂高镍四元正极材料的制备方法，包括：S1，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、氯化锆配置成溶液A；将偏铝酸钠溶于氢氧化钠溶液得到溶液B；将溶液A、溶液B、氨水溶液加入反应容器，进行共沉淀反应，制备得到Zr掺杂高镍四元前驱体；S2，将Zr掺杂的高镍四元前驱体和LiOH

【技术实现步骤摘要】
一种Zr、B掺杂高镍四元正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种Zr、B掺杂高镍四元正极材料及其制备方法，属于锂离子电池正极材料


技术介绍

[0002]随着电子产品的快速发展，对锂离子电池的需求量越来越大，对锂离子电池的性能要求也越来越高。正极材料对锂离子电池性能的影响非常重要；因此，有必要开发具有高放电比容量和高能量密度的正极材料。
[0003]富Ni层状LiNi1‑
x
‑
y
‑
z
Co
x
Mn
y
Al
z
O2(NCMA)是一种急剧潜力的正极材料，如富Ni层状LiNi
0.9
Co
0.04
Mn
0.03
Al
0.03
O2(NCMA
‑
9433)正极材料具有较高的比容量。它的高容量源于Ni在材料中所占比例高。
[0004]然而，富Ni层状NCMA的晶体结构稳定性不强。在电化学循环过程中，富Ni层状NCMA的阳极在深度充电时会释放热量和气体，致使晶体结构稳定性不强的富Ni层状NCMA的体积收缩，出现微裂纹，微裂纹暴露出新的表面，引起电解质与正极材料表面发生反应，导致正极材料的结构和电化学性能进一步恶化，充放电比容量和循环性能下降，难以满足实际应用的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种Zr、B掺杂高镍四元正极材料及其制备方法，可以有效解决上述问题
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]一种Zr、B掺杂高镍四元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、氯化锆配置成溶液A；将偏铝酸钠溶于氢氧化钠溶液得到溶液B；将溶液A、溶液B、氨水溶液加入反应容器，进行共沉淀反应，制备得到Zr掺杂高镍四元前驱体；
[0009]S2，将步骤S1制备的Zr掺杂的高镍四元前驱体和LiOH
·
H2O进行混合，然后在400
‑
500℃温度下烧结4.5
‑
5.5h，再升温至750
‑
800℃，保温4.5
‑
5.5h，然后自然冷却到室温，反应全程通入氧气，得到Zr掺杂高镍四元正极材料；
[0010]S3，将步骤S2制备的Zr掺杂高镍四元正极材料与H3BO3溶液分散在无水乙醇中，搅拌加热直至乙醇全部挥发，将混合物在600
‑
700℃置于氧气气氛中保温3.5
‑
4.5h，降至室温后取出，最终得到Zr、B掺杂高镍四元正极材料。
[0011]作为进一步改进的，在步骤S1中，A溶液中各金属离子浓度比Ni:Co:Mn＝90:4:3，(NiCoMn):Zr＝98.5
‑
99.5:1。
[0012]作为进一步改进的，在步骤S1中，所述偏铝酸钠在溶液B中的浓度为0.6
‑
1.1mol/L。
[0013]作为进一步改进的，在步骤S1中，所述溶液A、溶液B、氨水溶液的体积比为1:0.8
‑
0.95:0.8
‑
0.95。
[0014]作为进一步改进的，在步骤S1中，所述共沉淀反应的温度为50
‑
55℃，转速为900
‑
1100rpm，pH为10
‑
11.5。
[0015]作为进一步改进的，在步骤S1中，所述共沉淀反应产物的颗粒的D50为10μm以上。
[0016]作为进一步改进的，在步骤S2中，所述Zr掺杂的高镍四元前驱体和LiOH
·
H2O的摩尔比为1.01
‑
1.05：1。
[0017]作为进一步改进的，在步骤S3中，H3BO3的质量为Zr掺杂高镍四元正极材料的0.4％
‑
0.5％。
[0018]一种上述的方法制备的Zr、B掺杂高镍四元正极材料。
[0019]一种是述的Zr、B掺杂高镍四元正极材料早锂离子电池中的应用。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术选用锆离子掺杂提高正极材料的导电性，提高了放电比容量和循环稳定性，以满足实际应用需求。而硼离子掺杂和四硼酸锂包覆的NCMA正极能够有效提高材料的结构稳定性，在隔绝电解液的侵蚀作用的同时提高改性材料的倍率性能，制备的正极材料展示出良好的电化学性能、优异的高压结构稳定性。综上，本专利技术采用Zr、B元素掺杂和Li2B4O7表面包覆共改性策略，同时提高材料的结构稳定性和循环寿命。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023]图1是本专利技术实施例1提供的Zr、B掺杂高镍四元正极材料的SEM图。
[0024]图2是本专利技术的对比例1和实施例1提供的Zr、B掺杂高镍四元正极材料制备的半电池电池的首次充放电曲线。
[0025]图3是本专利技术实施例1提供的Zr、B掺杂高镍四元正极材料制备的半电池的XRD图谱。
[0026]图4是本专利技术的对比例1
‑
3和实施例1提供的Zr、B掺杂高镍四元正极材料制备的半电池的在1C下的循环充放电曲线。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术实施例提供一种Zr、B掺杂高镍四元正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0029]S1，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、氯化锆配置成溶液A；将偏铝酸钠溶于氢氧化钠溶液得到溶液B；将溶液A、溶液B、氨水溶液加入反应容器，进行共沉淀反应，溶液共混时进行Zr掺杂，制备得到Zr掺杂高镍四元前驱体。
[0030]S2，将步骤S1制备的Zr掺杂的高镍四元前驱体和LiOH
·
H2O进行混合，然后在400
‑
500℃温度下烧结4.5
‑
5.5h，再升温至750
‑
800℃，保温4.5
‑
5.5h本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Zr、B掺杂高镍四元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰、氯化锆配置成溶液A；将偏铝酸钠溶于氢氧化钠溶液得到溶液B；将溶液A、溶液B、氨水溶液加入反应容器，进行共沉淀反应，制备得到Zr掺杂高镍四元前驱体；S2，将步骤S1制备的Zr掺杂的高镍四元前驱体和LiOH
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H2O进行混合，然后在400
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500℃温度下烧结4.5
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5.5h，再升温至750
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800℃，保温4.5
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5.5h，然后自然冷却到室温，反应全程通入氧气，得到Zr掺杂高镍四元正极材料；S3，将步骤S2制备的Zr掺杂高镍四元正极材料与H3BO4溶液分散在无水乙醇中，搅拌加热直至乙醇全部挥发，将混合物在600
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700℃置于氧气气氛中保温3.5
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4.5h，降至室温后取出，最终得到Zr、B掺杂高镍四元正极材料。2.根据权利要求1所述的Zr、B掺杂高镍四元正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，A溶液中各金属离子浓度比Ni:Co:Mn＝90:4:3，(NiCoMn):Zr＝98.5
‑
99.5:1。3.根据权利要求1所述的Zr、B掺杂高镍四元正极材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述偏铝酸钠在溶液B中的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗学涛，李岩，丁何磊，黄柳青，张陈通，杨怀祥，耿晓兵，罗卓，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：