本发明专利技术涉及一种金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料的制备方法。具体地，包括以下步骤：(a)在络合剂和沉淀剂的存在下，将镍钴混合物进行共沉淀反应制备镍钴沉淀物前驱体；(b)将步骤(a)制得的前驱体进行焙烧，得到多孔镍钴氧化物；(c)在沉淀剂和金属M离子的化合物的存在下，在多孔镍钴氧化物上进行沉淀反应，得到包覆有M离子沉淀物的镍钴氧化物；(d)将步骤(c)制得包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物与锂化合物混合后进行焙烧，得到金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料。本发明专利技术的制法简单，成本低廉，易于规模化生产，并且所制得的锂镍钴氧正极材料具有优异的结构稳定性和电化学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料领域，具体地涉及。
技术介绍
锂离子电池因具有输出电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应等特点，被广泛用于各种便携式的个人电子设备。然而随着人类社会对能源的需求日益增长、能源的储量日渐枯竭，另一方面，当前电子设备发展趋向于需要具有体积小、容量大、重量轻等特点的锂离子电池。因此，开发具有高比能量的锂离子电池具有重要意义和实用价值。而正极材料是提高锂离子电池能量密度的重要因素。LiNiO2因为其低成本和高的比容量，被认为是一种很有前景的正极材料。LiNiO2具有Q-NaFeO2型层状结构，其理论比容量为274mAh/g，实际容量可以达到180-210mA h/go对LiNiO2进行阳离子取代是改善其电化学性能的一种重要方法。由于LiNiO2本身存在阳离子混排、锂离子脱嵌过程中的结构相变和结构稳定性差等方面的缺点，因此LiNiO2需进行改性才能得以实际应用。在LiNiO2中掺杂Co、Mg、Al、T1、Zn、Mn、Ga等元素，可以提高LiNiO2的结构稳定性和安全性能。其中，Co掺杂的镍系材料即锂镍钴氧材料具有良好的结构稳定性和电化学循环性能。而不同的阳离子对锂镍钴氧正极材料进行掺杂可以提高相应性能，如库伦效率、循环稳定性、热稳定性、安全性能等。在制备方面，由于固相法合成组分分布不均匀，反应不充分，限制了其广泛应用。采用共沉淀/固相法结合是一种有效的方法，即先合成前驱体，再把前驱体与锂源混合焙烧合成金属离子掺杂锂镍钴氧正极材料。但由于阳离子和镍钴离子价态和沉淀速率的差异，使得难以合成各元素均匀分布的产物，难以实现重复性和一致性，并且在合成中易于造成镍离子进入锂位，在充放电过程中引起结构坍塌，使得材料的结构稳定`性和安全性能下降。因此，有必要开发一种新的金属离子掺杂锂镍钴氧正极材料的制备方法，以解决现有方法中由于金属离子和镍钴离子价态和沉淀速率的差异而引起的难以合成等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以提高正极材料的结构稳定性和电化学性能。在本专利技术第一方面中，提供了，包括以下步骤:(a)提供一混合溶液，所述混合溶液包含镍化合物与钴化合物；(b)在络合剂和沉淀剂的存在下，将所述混合溶液进行共沉淀反应制备镍钴沉淀物前驱体；(c)将步骤(b)制得的前驱体进行焙烧，得到多孔镍钴氧化物Ni^yC0xCVy，其中，O < X ^ 0.9,0 < y ^ 0.2 ；(d)在沉淀剂和金属M离子的化合物的存在下，在多孔镍钴氧化物上进行沉淀反应，得到包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物，其中，镍钴氧化物与金属M离子的化合物的摩尔比为1:y ;金属M选自:A1、Mn、Cr、Ga、T1、Fe、Mg、Zr、V、Cu、Zn、Nb或其组合，O<y ≤ 0.2 ;(e)将步骤(d)制得的包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物与锂化合物混合后，在氧气或空气气氛中进行焙烧，得到金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料LizNi^yC0xMyO2,其中 0.9 < z ≤ 1.10，0 < X ≤ 0.9，0 < y ≤ 0.2。在另一优选例中，步骤(a)中，所述的镍化合物选自氯化镍、硫酸镍、硝酸镍或草酸镍。在另一优选例中，步骤(a)中，所述的钴化合物选自氯化钴、硫酸钴、硝酸钴或草Ife钻。在另一优选例中，步骤(a)中，所述的混合溶液为混合物的水溶液，所述混合物的水溶液的浓度为0.05~10mol/L。在另一优选例中，所述镍化合物和钴化合物中的镍元素与钴元素的摩尔比为Ι-χ-y:x，其中，O < X ≤ 0.9,0 < y ^≤0.2o在另一优选例中，步骤(b)中，所述的络合剂选自:氨水、柠檬酸、草酸、碳酸氢钠或其组合。在另一优选例中，所述络合剂为0.05~14mol/L氨水。在另一优选例中，步骤(b)中，所述的沉淀剂以水溶液的形式存在，沉淀剂的浓度为 0.01 ~10mol/L,优选为 0.5 ~5mol/L。在另一优选例中，步骤(b)中，所述的沉淀剂选自:氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、草酸钠或其组合。在另一优选例中，步骤(C)中，焙烧温度为200~1200°C，焙烧时间为0.1~48h。在另一优选例中，步骤(d)中，所述金属M离子的化合物以水溶液的形式存在，金属M离子的化合物的浓度为0.05~10mol/L，优选为0.05~5mol/L。在另一优选例中，步骤(d)中，所述的沉淀剂选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、草酸钠、硫化钠或其组合。在另一优选例中，步骤(d)中，金属M离子的化合物选自金属M的盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、草酸盐、异丙醇盐或其组合。在另一优选例中，步骤(e)中，所述锂化合物与表面包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物的摩尔比为1:1~1.15:1，优选为1:1~1.1:1。在另一优选例中，步骤(e)中，所述的锂化合物选自氧化锂、氢氧化锂、草酸锂、碳酸锂、硝酸锂、乙酸锂或其组合。在另一优选例中，步骤(e)中，所述焙烧为分段焙烧方式，包括第一阶段焙烧和第二阶段焙烧。在另一优选例中，第一阶段焙烧温度为300~650°C，焙烧时间为I~10小时，升温速率为 l°c /min ~10°C /min。在另一优选例中，第二阶段焙烧温度为700~1000°C，焙烧时间为2~36小时，升温速率为 l°c /min ~10°C /min。在本专利技术第二方面中，提供了一种金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料，所述正极材料由本专利技术第一方面所述的方法制备。在另一优选例中，所述正极材料具有以下一种或多种特征:(I)所述正极材料在3.0~4.3V之间充放电，放电比容量≤180mAh/g ；(2)所述正极材料循环100次充放电后，放电比容量保持在90%以上。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。【附图说明】图1为实施例1所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的XRD图。图2为实施例1所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的SEM图。图3为实施例1所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的首次充放电曲线图。图4为实施例1所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的电化学循环性能图。图5为实施例2所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的XRD图。图6为实施例2 所制备的前驱体沉淀物的SEM图。 图7为实施例2所制备的前驱体沉淀物焙烧后的SEM图。[0041 ] 图8为实施例2中二次沉淀反应产物的SEM图。图9为实施例2所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的SEM图。图10为实施例2所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的首次充放电曲线图。图11为对比例I所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的电化学循环性能图。图12为对比例2所制备的铝掺杂锂镍钴氧正极材料的电化学循环性能图。图13为实施例1所制备的多孔镍钴氧化物的SEM图。图14为实施例1所制备的表面包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物的SEM图。【具体实施方式】本专利技术人经过广泛深入的研究发现，通过将共沉淀法制备的镍钴沉淀物前驱体进行焙烧得到镍钴氧化物后，再与金属离子的化合物进行沉淀反应得到表面包覆有金属氢氧化物的镍钴氧化物，再将该氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：?(a)提供一混合溶液，所述混合溶液包含镍化合物与钴化合物；?(b)在络合剂和沉淀剂的存在下，将所述混合溶液进行共沉淀反应制备镍钴沉淀物前驱体；?(c)将步骤(b)制得的前驱体进行焙烧，得到多孔镍钴氧化物Ni1?x?yCoxO1?y，其中，0＜x≤0.9，0＜y≤0.2；?(d)在沉淀剂和金属M离子的化合物的存在下，在多孔镍钴氧化物上进行沉淀反应，得到包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物，其中，镍钴氧化物与金属M离子的化合物的摩尔比为1：y；金属M选自：Al、Mn、Cr、Ga、Ti、Fe、Mg、Zr、V、Cu、Zn、Nb或其组合，0＜y≤0.2；?(e)将步骤(d)制得的包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物与锂化合物混合后，在氧气或空气气氛中进行焙烧，得到金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料LizNi1?x?yCoxMyO2，其中0.9＜z≤1.10，0＜x≤0.9，0＜y≤0.2。
【技术特征摘要】
1.一种金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (a)提供一混合溶液，所述混合溶液包含镍化合物与钴化合物； (b)在络合剂和沉淀剂的存在下，将所述混合溶液进行共沉淀反应制备镍钴沉淀物前驱体； (C)将步骤(b)制得的前驱体进行焙烧，得到多孔镍钴氧化物Ni1^CoxCVy,其中，O<X ^ 0.9,0 < y ^ 0.2 ； (d)在沉淀剂和金属M离子的化合物的存在下，在多孔镍钴氧化物上进行沉淀反应，得到包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物，其中，镍钴氧化物与金属M离子的化合物的摩尔比为 I:y ;金属 M 选自:Al、Mn、Cr、Ga、T1、Fe、Mg、Zr、V、Cu、Zn、Nb 或其组合，O < y ^ 0.2 ； (e)将步骤(d)制得的包覆有金属M离子沉淀物的镍钴氧化物与锂化合物混合后，在氧气或空气气氛中进行焙烧，得到金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料LizNi^yC0xMyO2，其中0.9 < z ^ 1.10,0 < X ^ 0.9,0 < y ^ 0.2o2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述的络合剂选自:氨水、柠檬酸、草酸、碳酸氢钠或其组合。3...
【专利技术属性】
技术研发人员：许晓雄，王进超，黄祯，尹景云，孟焕平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。