[發明專利]一種鋰離子電池超薄富鎳三元納米片正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710455902.8
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107248572A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 曹傳寶;吳宇;王然;張君婷
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M10/0525
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技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法與應用，具體為超薄富鎳三元納米片的制備方法，屬于新能源材料制備技術及應用領域。

背景技術

當今鋰離子電池發展趨勢之一就是提高其能量密度，同時保證具有較低的價格，高的熱穩定性以及長的循環壽命。在LiCoO₂的諸多替代候選材料中，LiNiO₂因其高容量、低成本、少污染而受到人們的關注。然而，計量比的LiNiO₂是很難制備的，且存在循環性能差和熱穩定性能差等缺陷，幾乎沒有實際應用價值。摻雜Co和Al是最有效的途徑，既維持了材料的層狀結構特性，又提高了材料的循環性能和倍率性能。

然而，傳統的塊體材料在性能上已經達到了他們本身的限制，并不能滿足持續增長的高能量與功率密度要求。最近，納米結構材料正在成為解決這些限制的主要驅動力。具有不同納米結構的富鎳三元正極材料已經被報道，這些材料具有優異的電化學性能。近些年來，降低材料尺寸合成出主要由表面構成的超薄納米片材料，由于提供了高效的電荷傳輸和質量傳遞，可以獲得更加優異的性能。盡管超薄納米片負極材料已經被廣泛報道，但是由于合成正極材料需要長時間的高溫煅燒，會造成結構的破壞，具有超薄納米片結構正極材料還沒有被報道過。申請人合理設計，借助微波輔助合成出了高質量超薄富鎳三元納米片。該方法操作工藝簡單、原料易得，適合工業化生產。據申請人所知，至今為止未見報道過利用微波輔助合成超薄富鎳三元納米片的方法。所制備的超薄富鎳三元納米片可以作為鋰離子電池正極材料，且具有良好的電化學性能，是一類具有廣泛應用前景的電極材料。

發明內容

本發明的目的在與克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種方便、簡單、廉價節能的大規模制備超薄富鎳三元納米片制備方法。本發明通過一種快速，簡單的微波法可合成大量的氫氧化鎳前驅體。隨后通過簡單的高溫固相法，可以得到超薄富鎳三元納米片正極材料。

本發明的超薄富鎳三元納米片正極材料的技術方案如下：

(1)將摩爾比為1:(1～8)的鎳鹽和堿性試劑溶于親水性溶劑中，充分溶解后，溶液中鎳離子的摩爾濃度為0.05～2.0mol/L，在微波激發加熱條件下冷凝回流，自然冷卻至室溫后離心分離得到超薄氫氧化鎳前驅體。

(2)將摩爾比為(1-x-y):(1～1.3):a:b的超薄氫氧化鎳前驅體與鋰鹽，鈷鹽和鋁鹽在乙醇中充分混合，其中0.1≤x≤0.15，0＜y＜0.1，然后在120℃條件下干燥，研磨30分鐘后得到前驅體粉體，最后，將前驅體粉體轉移至高溫爐中在500～1000℃溫度下熱處理1～20 小時，隨爐溫冷卻至室溫得到鋰離子電池超薄富鎳三元納米片正極材料。

以上所述的鎳鹽為：氯化鎳，硝酸鎳，乙酸鎳，硫酸鎳中的一種或兩種以上的混合鹽；所述堿性試劑為：尿素，氫氧化鈉，氨水，碳酸氫銨中的一種或兩種以上的混合堿；所述親水性試劑為：去離子水，乙醇，乙二醇，異丙醇，正丙醇，正丁醇，異丁醇中的一種或兩種以上的混合溶劑；所述鋰鹽為：乙酸鋰，碳酸鋰，氫氧化鋰，硝酸鋰一種或兩種以上的混合鋰鹽；所述的鈷鹽為：氯化鈷，硝酸鈷，乙酸鈷，硫酸鈷中的一種或兩種以上的混合鹽；所述鋁鹽為：乙酸鋁，氫氧化鋁，硝酸鋁一種或兩種以上的混合鋰鹽。

根據本發明制備得到的超薄富鎳三元納米片結晶度好，是一種循環性能優良的鋰離子電池正極材料。除此之外，本發明采用的微波液相合成法，反應周期短，反應產率高，成本低，工藝路線簡單，能耗低，適合工業化量產。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中超薄富鎳三元納米片的X射線衍射圖(XRD)。

圖2為本發明實施例1中氫氧化鎳的透射電子顯微鏡圖(TEM)。

圖3為本發明實施例1中超薄富鎳三元納米片的透射電子顯微鏡圖(TEM)。

圖4為本發明實施例1中超薄富鎳三元納米片的掃描電子顯微鏡圖(SEM)

圖5為本發明實施例1中超薄富鎳三元納米片的循環性能圖。

具體實施方式

從以下實施例可以進一步理解本發明，但本發明要求保護范圍并不局限于以下實施例的表述范圍。

實施例1

(1)將摩爾比為1:2的硝酸鎳和尿素溶于乙二醇中，充分溶解后，溶液中鎳離子的摩爾濃度為0.2mol/L，在微波激發加熱條件下冷凝回流，自然冷卻至室溫后離心分離得到超薄氫氧化鎳前驅體。