[發(fā)明專利]鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料、復(fù)合正極材料及其制備和在鋰離子電池中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810120699.3
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108428862B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張治安;湯依偉;賴延清;尚國志;楊幸;吳劍
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);廣東佳納能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

1.一種鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料包括內(nèi)核，以及包覆在內(nèi)核表面的殼體；所述的內(nèi)核的材料為（Ni_0.8-xCo_0.15Al_0.05Zr_x)（OH）₂，其中，x為0.001~0.03；所述的殼體的材料為Al（OH）₃；

所述的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料的制備步驟包括：

步驟a、按內(nèi)核材料的元素化學(xué)式比，稱取鎳鹽、鈷鹽、鋁鹽、鋯鹽，溶解得到多元混合溶液；

步驟b、在保護(hù)性氣氛下，所述的多元混合溶液、絡(luò)合劑在pH10.3~12下進(jìn)行共沉淀，使溶液中的鎳、鈷、鋁、鋯按照化學(xué)劑量比共同沉淀出來、制得鋯摻雜的NCA前驅(qū)體；所述的絡(luò)合劑為氨水、EDTA、EDTA二鈉、EDTA四鈉中的至少一種；其中，共沉淀的起始溶液的絡(luò)合劑的濃度為6-10g/L；共沉淀反應(yīng)中的反應(yīng)溫度為50-60°C，轉(zhuǎn)速為200-400r/min；

步驟c、共沉淀反應(yīng)后，通過向共沉淀后的反應(yīng)液中鼓入酸性氣體，調(diào)控體系的pH6~10，在鋯摻雜NCA氫氧化物前驅(qū)體表面形成一層氫氧化鋁包覆層；得到所述的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料；所述的酸性氣體為包含二氧化碳的氣體。

2.如權(quán)利要求1所述的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，復(fù)合材料的粒徑D50為9-12.5um；內(nèi)核的粒徑D50為9-12um；殼體的厚度為50-500nm；比表面積為4-7m²/g；振實(shí)密度為2-2.4g/cm²；殼體厚度和內(nèi)核半徑的比例為0.004-0.05。

3.如權(quán)利要求1所述的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述的鎳鹽為硝酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳、硫酸鎳中的至少一種；

所述的鋁鹽為硝酸鋁、偏鋁酸鈉、氯化鋁、醋酸鋁、硫酸鋁中的至少一種；

所述的鈷鹽為硝酸鈷、氯化鈷、醋酸鈷、硫酸鈷中的至少一種；

所述的鋯鹽為氧氯化鋯、硫酸鋯、四氯化鋯、硝酸鋯、乙酸鋯中的至少一種；

步驟b中，采用堿金屬氫氧化物調(diào)控pH。

4.如權(quán)利要求3所述的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：步驟b中，將多元混合溶液與氨水和氫氧化鈉溶液并流加入到含有底液的反應(yīng)裝置中，調(diào)節(jié)流量、pH、轉(zhuǎn)速、溫度進(jìn)行共沉淀反應(yīng)；

其中，多元混合溶液的離子總濃度為1mol/L-2mol/L；氫氧化鈉溶液濃度為7.5-10mol/L，氨水濃度為6-8mol/L；

多元混合溶液的進(jìn)料速度為90-150ml/min；氫氧化鈉進(jìn)料速度為30-70ml/min；氨水進(jìn)料速度為5-40ml/min；

步驟b中，共沉淀反應(yīng)過程的溫度為50-60°C，反應(yīng)過程的攪拌轉(zhuǎn)速為200-400r/min。

5.一種權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的制備方法制得的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于：用于和鋰源混合、燒結(jié)，制得鋁包覆三元摻鋯復(fù)合正極材料。

6.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用；其特征在于，將所述的鋰源：鋁包覆三元摻鋯復(fù)合材料的摩爾比為1.03：1-1.08：1；在氧氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)；

燒結(jié)過程為：先在400-600°C預(yù)燒結(jié)2-4h，再升溫到700-900°C燒結(jié)10-16h。

7.一種由權(quán)利要求5或6所述應(yīng)用得到的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合正極材料，其特征在于，包括核心，以及包覆在核心表面的包覆層；核心的材料的化學(xué)式為Li(Ni_0.8-xCo_0.15Al_0.05Zr_x)O₂；包覆層的材料為LiAlO₂。

8.如權(quán)利要求7所述的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合正極材料，其特征在于，所述的復(fù)合正極材料的核心的D50粒度為9-12um；包覆層的厚度為50-500nm。

9.一種權(quán)利要求7或8所述的鋁包覆三元摻鋯復(fù)合正極材料的應(yīng)用，其特征在于，用于制得鋰離子電池的正極。