无钴高镍正极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，公开了一种无钴高镍正极材料，化学通式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
无钴高镍正极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料
，具体涉及无钴高镍正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前全球电动汽车正在迅速发展，开发能量密度高、循环寿命长、安全性好且成本低的锂离子动力电池尤其重要。然而由于钴的稀缺性，钴价也随之升高，锂离子电池正极材料开始向低钴化，甚至无钴化发展。在现有的商用正极材料中，无钴高镍锂离子正极材料LiNi
x
Mn1‑
x
O2(0.5<x<1)具有能量密度高、镍锰资源丰富、成本低廉、安全性高等优势，在近年来成为锂离子电池正极材料的研究热点。然而无钴高镍锂离子正极材料在寿命、放电性能方面仍存在问题,尤其是在倍率性能、高压循环稳定性、锂镍混排等方面仍需要改善。

技术实现思路

[0003]基于现有技术存在的问题，本专利技术的第一目的是提供一种无钴高镍正极材料，提高锂离子电池的高压循环稳定性。本专利技术的第二目的是提供前述无钴高镍正极材料的制备方法。本专利技术的第三目的是提供一种锂离子电池。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供以下具体的技术方案。
[0005]首先，本专利技术提供一种无钴高镍正极材料，其化学通式为LiNi
x
Mn1‑
x
O2，其中0.85≤x<1；所述正极材料为类正方体形貌，振实密度为2.48
‑
2.55g/cm3，压实密度为3.71
‑/>3.78g/cm3。
[0006]其次，本专利技术提供上述无钴高镍正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将化学通式为Ni
x
Mn1‑
x
(OH)2的前驱体材料与锂源、无机盐和有机添加剂混合，得到混合料；其中0.85≤x<1；所述无机盐为NaF、KF、Na2SiF6中的至少一种；所述有机添加剂为PEG2000、PEG8000、PEG20000中的至少一种；步骤S2，将混合料在氧化性气氛中进行第一次烧结，在600
‑
1200℃保温烧结，得到一烧料；步骤S3，用去离子水洗涤一烧料，然后烘干；步骤S4，将步骤S3得到的物料进行第二次烧结，在400
‑
1000℃保温烧结，获得所述的无钴高镍正极材料。
[0007]在进一步的优选方案中，所述前驱体与锂源中的锂的摩尔比为0.41
‑
1.1：1，无机盐与锂源中的锂摩尔比为0.05
‑
0.3：1；所述有机添加剂的量为前驱体质量的0. 2%
‑
1%。
[0008]进一步地，所述锂源为LiOH、LiNO3、Li2SO4、Li2CO3、LiCl、C2H3LiO2中的至少一种。进一步优选为LiOH和Li2CO3。
[0009]在进一步的优选方案中，所述第一次烧结和第二次烧结的升温速率为1
‑
8℃/min。
[0010]在进一步的优选方案中，所述第一次烧结和第二次烧结的温度为3
‑
15h。
[0011]基于同样的专利技术构思，本专利技术提供一种锂离子电池，包括上述无钴高镍正极材料。
[0012]本专利技术具有以下明显的有益效果：本专利技术提供以及制备得到的无钴高镍正极材料为类正方体结构，成分均匀、粒度分布均匀，正极材料的振实密度为2.48
‑
2.55g/cm3，压实密度为3.71
‑
3.78g/cm3。将正极材料组装成电池后，电池具有良好的电化学性能和高稳定性。
[0013]本专利技术提供和制备得到的正极材料中，镍摩尔百分含量不小于85%，没有Co的加入，大幅度降低了生产成本。
[0014]制备方法主要是两段烧结+一段水洗，工艺简单易操作，有利于大规模推广，且对现有设备的适用性强。
附图说明
[0015]图1为实施例1得到的正极材料的SEM图。
[0016]图2为对比例1得到的正极材料的SEM图。
[0017]图3为对比例2得到的正极材料的SEM图。
[0018]图4为对比例3得到的正极材料的SEM图。
[0019]图5为对比例4得到的正极材料的SEM图。
[0020]图6为实施例1
‑
实施例3、对比例1
‑
对比例4得到的正极材料组装成的电池的循环性能图。
具体实施方式
[0021]为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。
[0022]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。
[0023]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0024]实施例1混料：将1.09gLiOH、2g前驱体Ni
0.9
Mn
0.1
(OH)2、0.181gNaF、0.01gPEG2000加入球磨机中混合均匀，得到混合料；一次烧结：将混合料置于氧化性气氛的烧结炉中，以3℃/min的升温速率升温至900℃，保温5h，保温结束后，随炉冷却，得到一烧料；水洗：用水洗涤一烧料，然后在80℃真空烘干一烧料，得到二次待烧料；二次烧结：将二次待烧料置于氧化性气氛的烧结炉中，以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温烧结6h，然后随炉冷却，得到正极材料。
[0025]图1为正极材料的SEM图，从图中可以看出，制得的正极材料颗粒表面光滑，整体趋于较为规则的正方体结构，颗粒较细，尺寸为1.5
‑
3μm，颗粒间分布更为分散、均匀。
[0026]对比例1对比例1与实施例1相比，区别仅在于：混料时未加入NaF和PEG2000。
[0027]混料：将1.09gLiOH、2g前驱体Ni
0.9
Mn
0.1
(OH)2加入球磨机中混合均匀，得到混合
料；一次烧结：将混合料置于氧化性气氛的烧结炉中，以3℃/min的升温速率升温至900℃，保温5h，保温结束后，随炉冷却，得到一烧料；水洗：用水洗涤一烧料，然后在80℃真空烘干一烧料，得到二次待烧料；二次烧结：将二次待烧料置于氧化性气氛的烧结炉中，以5℃/min的升温速率升温至800℃，保温烧结6h，然后随炉冷却，得到正极材料。
[0028]图2为正极材料的SEM图，从图中可以看出，颗粒表面光滑，粒径较大且有较多的细颗粒附聚，无规则形貌。
[0029]对比例2对比例2与实施例1相比，区别仅在于：混料时加入NaF，但不加入PEG2000。
[0030]混料：将1.09gLiOH、2g前驱体Ni
0.9
Mn
0.1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无钴高镍正极材料，其特征在于，化学通式为LiNi
x
Mn1‑
x
O2，其中0.85≤x<1；所述正极材料为类正方体形貌，振实密度为2.48
‑
2.55g/cm3，压实密度为3.71
‑
3.78g/cm3。2.如权利要求1所述的无钴高镍正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将化学通式为Ni
x
Mn1‑
x
(OH)2的前驱体材料与锂源、无机盐和有机添加剂混合，得到混合料；其中0.85≤x<1；所述无机盐为NaF、KF、Na2SiF6中的至少一种；所述有机添加剂为PEG2000、PEG8000、PEG20000中的至少一种；步骤S2，将混合料在氧化性气氛中进行第一次烧结，于600
‑
1200℃保温烧结，得到一烧料；步骤S3，用去离子水洗涤一烧料，然后烘干；步骤S4，将步骤S3得到的物料进行第二次烧结，于400
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：向丽娟，徐宝和，张宝，程磊，邓鹏，丁瑶，邓梦轩，
申请(专利权)人：浙江帕瓦新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：