[發(fā)明專利]高分散六邊形納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810005715.4
• 申請日: 2018-01-03
• 公開（公告）號: CN108232187B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周盈科;黃肖;田小慧;朱彥斌;吳關(guān);于潤琦
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發(fā)明涉及一種高分散六邊形納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法。其技術(shù)方案是：按鎳鹽∶鈷鹽∶錳鹽的摩爾比為(1?x?y)∶x∶y配料，即得配料Ⅰ，再將配料Ⅰ和去離子水?dāng)嚢瑁萌芤孩瘛０翠圎}∶所述配料Ⅰ的摩爾比為(10～30)∶1，攪拌，即得溶液Ⅱ。將所述溶液Ⅱ進(jìn)行水熱反應(yīng)，冷卻，洗滌，在70～80℃條件下干燥5～8h，然后置于管式氣氛爐中，以3～6℃/min速率升溫至600～850℃，保溫5～11h，隨爐冷卻，制得高分散六邊形納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料。本發(fā)明具有工藝簡單、操作簡便、生產(chǎn)成本低、環(huán)境友好和能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的特點，所制制品為單晶材料，形貌規(guī)則、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比容量高、循環(huán)性能優(yōu)異和倍率性能優(yōu)良。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎳鈷錳三元正極材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種高分散六邊形納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種二次電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。自20世紀(jì)70年代以來，以金屬鋰為負(fù)極的各種高比能量鋰原電池分別問世，并得以廣泛應(yīng)用。鋰離子電池工作電壓高、比能量高、容量大、自放電小、循環(huán)性好、使用壽命長、重量輕和體積小，是現(xiàn)代高性能電池的代表，是移動電話、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備的理想電源，并有望成為未來電動汽車、無繩電動工具等的主要動力來源之一。鋰離子電池的主要構(gòu)造有正極、負(fù)極、能傳導(dǎo)鋰離子的電解質(zhì)以及把正負(fù)極隔開的隔膜，其電化學(xué)性能主要取決于所用電極材料和電介質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)與性能，尤其是電極材料的選擇和質(zhì)量直接決定著鋰離子電池的特性和價格。

鎳鈷錳三元復(fù)合過渡金屬氧化物雖然1999年左右才由Liu和Ohzuku等提出，但由于具有眾多優(yōu)點，并具有與鎳基、鉆基、錳基及二元基化合物相似結(jié)構(gòu)，吸引廣大科研工作者對其不懈追求。目前，鎳鈷錳三元正極材料的研究主要集中在材料的合成以及電化學(xué)性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系上。在實際電池中，正極材料顆粒的形貌、粒徑分布、比表面積及振實密度等物性特征對材料的加工性能及電池的綜合性能影響很大，為了拓寬鋰離子電池的應(yīng)用范圍，尤其是將三元材料應(yīng)用于對安全性、循環(huán)性以及倍率特性要求苛刻的動力電池上，高密度、粒徑分布均勻的納米結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元材料及微米級鎳鈷錳球形材料的制備已經(jīng)成為研究的熱點。

但對三元材料的實用性而言，仍有問題需要解決。丁楚雄等(丁楚雄等.鋰離子電池三元正極材料的研究進(jìn)展..化學(xué)與物理電源系統(tǒng)，2009)提出鎳鈷錳三元材料同LiCoO₂相比，其電導(dǎo)率較低，大倍率性能不佳；振實密度偏低，影響體積能量密度；追求高比容量而采用高充電截止電壓，循環(huán)性能不穩(wěn)定，容量衰減較為嚴(yán)重。鄒邦坤等(鄒邦坤等.鋰離子電池三元正極材料的研究進(jìn)展.中國科學(xué):化學(xué)，2014)提出三元材料存在首次充放電效率低及合成工藝相對復(fù)雜的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，目的是提供一種工藝簡單、操作方便、生產(chǎn)成本低、環(huán)境友好和可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的高分散六邊形納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料的制備方法；用該方法制備的高分散六邊形納米片結(jié)構(gòu)鎳鈷錳三元正極材料為單晶材料，形貌規(guī)則、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比容量高、循環(huán)性能優(yōu)異和倍率性能優(yōu)良。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

步驟一、按鎳鹽∶鈷鹽∶錳鹽的摩爾比為(1-x-y)∶x∶y配料，即得配料Ⅰ，再按所述配料Ⅰ∶去離子水的摩爾比為1∶(139～417)，將所述配料Ⅰ溶于所述去離子水中，攪拌0.5～1h，即得溶液Ⅰ。其中：

x表示當(dāng)所述配料Ⅰ的摩爾數(shù)為1時的鈷鹽摩爾數(shù)，x為0.2、0.1、0.2和1/3中的一種；

y表示當(dāng)所述配料Ⅰ的摩爾數(shù)為1時的錳鹽摩爾數(shù)，在x分別為0.2、0.1、0.2和1/3時y依次對應(yīng)為0.2、0.1、0.3、1/3；

1-x-y表示當(dāng)所述配料Ⅰ的摩爾數(shù)為1時的鎳鹽摩爾數(shù)。

步驟二、按照鋰鹽∶所述配料Ⅰ的摩爾比為(10～30)∶1，向所述溶液Ⅰ中加入所述鋰鹽，攪拌3～5h，即得溶液Ⅱ。