[發(fā)明專利]一種氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料及其制備方法與應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107482210A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余劍琳;張國慶;李新喜;肖昌仁;李浩華
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/485
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務(wù)所44329
• 代理人: 楊曉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

近二十多年來，鋰離子電池由于其能量密度高、自放電程度低，無記憶效應(yīng)且環(huán)境友好等優(yōu)點，已成熟應(yīng)用于3C電子產(chǎn)品以及電動工具、電動汽車等小型動力鋰電池市場，已是目前最具發(fā)展前景的化學(xué)儲能電源。而正極材料作為鋰離子動力電池四大材料的核心材料，對電池的最終性能起關(guān)鍵性的作用，鋰離子電池整體的性能優(yōu)化往往起決于正極材料的技術(shù)突破，因此開發(fā)高性能的正極材料已經(jīng)迫在眉捷。

鎳鈷鋁酸鋰(NCA)作為繼鎳鈷錳酸鋰(NCM)之后的最知名、最成熟的正極材料之一，具有如下優(yōu)點：放電電壓高，比容量高，能量密度高等。不可避免，雖然NCA是目前商業(yè)化中比容量最高的正極材料，但其熱穩(wěn)定性差、循環(huán)性能差以及存儲性能欠佳。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備方法，該方法結(jié)合高能球磨法和高溫固相法對鎳鈷鋁正極材料進行氧化鎂包覆，其優(yōu)點是制備周期短，工藝簡單，且粉體顆粒無團聚、產(chǎn)品電性能均一性好，是一種行之有效的鋰離子三元正極材料制備以及改性方法該方法，解決了NCA熱穩(wěn)定性差、循環(huán)性能差、存儲性能欠佳等問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備的氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料。該氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、循環(huán)性能和存儲性能。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料的制備方法，包括以下具體步驟：

S1.將鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽和鋰鹽溶于去離子水中，攪拌均勻配成溶液，在惰性氣氛下連續(xù)攪拌，滴加堿液控制溶液的pH值為9～13，制得鎳鈷鋁酸鋰正極材料前驅(qū)體；

S2.將步驟S1得到的鎳鈷鋁酸鋰正極材料前驅(qū)體與鎂鹽混合超聲振蕩，經(jīng)球磨后制得鎳鈷鋁酸鋰正極前驅(qū)體/鎂鹽復(fù)合材料；

S3.將步驟S2所得鎳鈷鋁酸鋰正極前驅(qū)體/鎂鹽復(fù)合材料在惰性氣氛下進行煅燒，得到氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰復(fù)合正極材料。

優(yōu)選地，步驟S1中所述堿液為0.1～10mol/L氨水和0.1～10mol/L氫氧化鈉水溶液的混合液，所述氫氧化鈉水溶液與氨水的體積比為(1～5)：(1～5)。

優(yōu)選地，步驟S1中所述鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽和鋰鹽的摩爾比為80：15：5：(1～1.05)，所述鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽和鋰鹽的總摩爾與去離子水的摩爾體積比為9：(50～500)mol/L。

優(yōu)選地，所述鎳鹽為乙酸鎳或硫酸鎳中的一種以上，所述的鈷鹽為乙酸鈷或硫酸鈷中的一種以上，所述的鋁鹽為乙酸鋁或硫酸鋁中的一種以上，所述的鋰鹽為乙酸鋰或硫酸鋰中的一種以上。

優(yōu)選地，步驟S1和S3中所述惰性氣氛為氮氣或氬氣。

優(yōu)選地，步驟S2中所述鎂鹽為硝酸鎂、硫酸鎂、磷酸鎂、氯化鎂或乙酸鎂中的一種以上，所述鎂鹽與鎳鈷鋁酸鋰正極材料前驅(qū)體的質(zhì)量比為(0.03～0.4)：1；所述球磨的轉(zhuǎn)速為200～1000rpm，所述球磨的時間為0.5～10h，所述超聲振蕩的時間為0.5～10h。

優(yōu)選地，步驟S3中所述煅燒的具體程序為：升溫速率為3～8℃/min，煅燒溫度450～600℃，保溫時間4～10h，再升溫至750～900℃，保溫時間4～10h。

一種氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料是通過上述的方法制得，所述氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料的化學(xué)分子式為Li_βNi_1-x-y-αCo_x+αAl_yO₂，其中，0<x≤0.1，0<y≤0.05，0<ɑ≤0.05，0<β≤1.2。

所述氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料在鋰離子電池材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明的制備周期短，工藝簡單，且氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料的顆粒無團聚、產(chǎn)品電性能均一性好。

2.本發(fā)明制得的氧化鎂@鎳鈷鋁酸鋰正極材料具有循環(huán)穩(wěn)定性，在2.8V～4.3V，0.1C下，電池的首次放電比容量為201.3mAh/g。電池在0.2C循環(huán)100次容量保持率高達98％。解決了鎳鈷鋁酸鋰的熱穩(wěn)定性差、循環(huán)性能差和存儲性能欠佳等問題。

附圖說明