[發(fā)明專利]釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201710891923.4 | 申請(qǐng)日: | 2017-09-27 |
| 公開(公告)號(hào): | CN107799738A | 公開(公告)日: | 2018-03-13 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 許開華;王家良;張?jiān)坪?/a>;樂緒清 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 荊門市格林美新材料有限公司 |
| 主分類號(hào): | H01M4/36 | 分類號(hào): | H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525;B82Y30/00 |
| 代理公司: | 深圳市合道英聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙)44309 | 代理人: | 廉紅果,侯峰 |
| 地址: | 448124 湖北*** | 國(guó)省代碼: | 湖北;42 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 摻雜 鎳鈷鋁 鋰離子電池 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電池正極材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
鎳鈷鋁三元鋰離子電池正極材料由于具有較高的能量密度以及相對(duì)較簡(jiǎn)單的制備工藝被廣泛應(yīng)用于IT產(chǎn)品以及新能源汽車領(lǐng)域。但單純的鎳鈷鋁酸鋰由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性欠佳,在充放電過(guò)程中很容易由于Li離子的脫嵌以及Ni、Co、Al離子價(jià)態(tài)的變化造成材料結(jié)構(gòu)的塌陷,對(duì)材料的循環(huán)壽命及安全性造成極大的危害。為了解決上述問題,采用摻入適量Y離子的方式對(duì)其進(jìn)行改善,由于Y3+與Ni3+的價(jià)態(tài)相同,摻入的Y3+占據(jù)了Ni3+位;在充電過(guò)程中,Ni離子會(huì)發(fā)生Ni3+到Ni4+的轉(zhuǎn)變,并伴隨體積的收縮,如果充電電壓過(guò)高、充電深度過(guò)大,材料的體積收縮將不可逆轉(zhuǎn),并最終失去電化學(xué)活性,而Y3+沒有變價(jià),是電化學(xué)惰性的,在充放電時(shí)不發(fā)生價(jià)態(tài)的變化,因而也不發(fā)生體積的變化,可以起到骨架的作用,穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu),提高材料的循環(huán)壽命及安全性能。
Y離子的摻入對(duì)材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性具有顯著的改善作用,但同時(shí)由于摻入的都是非電化學(xué)活性的物質(zhì),相應(yīng)對(duì)材料的放電比容量造成一定的影響,如果摻入量過(guò)高,放電容量將會(huì)顯著降低,如果摻入量不足,則材料的電導(dǎo)率得不到有效的改善,因此,摻雜元素與主元素的均勻混合是實(shí)現(xiàn)放電比容量與電導(dǎo)率達(dá)到平衡的重要因素。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料的制備方法,通過(guò)將納米級(jí)別的摻雜元素首先與鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體預(yù)先超高速混合,再與其它普通鎳鈷鋁復(fù)合前驅(qū)體高速混合,解決了摻雜元素與主元素混合不均勻的問題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料,分子式為L(zhǎng)iaNixCoyAlzYbO2,其中,b為4/3-a/3-x-y-z,1≤a≤1.2,0.3≤x≤0.98,0.01≤y≤0.6, 0.001≤z≤0.1,0.00001≤b≤0.05。
上述釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料的制備方法,具體按照以下步驟實(shí)施:
步驟1,分別稱取鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體、鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體、釔的化合物以及鋰源;
步驟2,將所述步驟1稱取的鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體和釔的化合物進(jìn)行超高速混合,獲得第一混合物;
步驟3,將所述步驟2的第一混合物與稱取的鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體和鋰源進(jìn)行高速混合,獲得第二混合物;
步驟4,將所述步驟3的第二混合物進(jìn)行焙燒,獲得釔摻雜的鎳鈷鋁鋰離子電池正極材料。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于,
所述釔的化合物為納米級(jí)別,其摻入量為鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體以及鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體中Ni、Co、Al總摩爾量的0.001-5%。
所述納米級(jí)別的釔的化合物為Y2O3或者Y(OH)3。
所述鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體和鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體均為鎳、鈷、鋁的復(fù)合氫氧化物或復(fù)合氧化物或復(fù)合羥基氧化物中的一種或者幾種。
所述鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體和鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體中鎳、鈷、鋁的摩爾比均為0.3-0.98:0.001-0.6:0.001-0.05。
所述鎳鈷鋁多晶復(fù)合前驅(qū)體與鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體的質(zhì)量比為 2-20:1。
所述鋰源為碳酸鋰或氫氧化鋰,其摻入的摩爾量與鎳鈷鋁摩爾量之和的比為0.9-1.2:1。
所述超高速和高速混合均采用三元材料高速混料器,超高速混合轉(zhuǎn)速為 5500-20000r/min,高速混合轉(zhuǎn)速為500-10000r/min。
所述第二混合物在瓷舟中進(jìn)行焙燒,焙燒溫度為600-1200℃,時(shí)間為 6-36h。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明先將鎳鈷鋁單晶復(fù)合前驅(qū)體和納米級(jí)釔的化合物進(jìn)行超高速混合,再將鎳鈷鋁單晶前驅(qū)體和釔化合物的混合料與普通鎳鈷鋁前驅(qū)體高速混合,提高混合效果,因?yàn)閱尉?fù)合前驅(qū)體機(jī)械強(qiáng)度高,超高速混合時(shí)不會(huì)破碎,同時(shí)單晶復(fù)合前驅(qū)體可以起到碰撞介質(zhì)的作用,將納米級(jí)釔的化合物充分打散,使摻雜元素和主元素充分混合。
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