[發(fā)明專利]一種三元鎳鈷錳酸鋰材料及制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN111916729B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張勇;唐松章;吳玉程;張雪茹;陳鑫洪;崔接武;王巖;秦永強(qiáng);舒霞
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥云道爾知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 閆興貴

本發(fā)明公開了一種三元鎳鈷錳酸鋰材料及制備方法，以鈷錳氧化物為模板和鈷源、錳源，以六水合乙酸鎳和碳酸鋰為鎳源和鋰源，以去離子水為溶劑，先采用水熱法合成草酸鈷錳，然后在空氣中煅燒后得到鈷錳氧化物前驅(qū)體，最后加入鎳源、鋰源通過球磨混合均勻，再通入氧氣在管式爐中燒結(jié)得到三元鎳鈷錳酸鋰材料。本發(fā)明的三元鎳鈷錳酸鋰材料比表面積較大，有利于電解液與活性物質(zhì)的充分接觸和離子傳輸，增加了反應(yīng)的活性位點(diǎn)，克服了三元鎳鈷錳酸鋰材料大電流放電能力差的缺點(diǎn)，用作鋰離子電池正極材料時(shí)，極大改善了電化學(xué)性能，增強(qiáng)了循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，具體涉及一種三元鎳鈷錳酸鋰材料及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對于能源的需求日益增加。由于化石能源的不可再生和對環(huán)境的污染，所以人們迫切需求新的綠色能源。鋰離子電池作為便攜式電子產(chǎn)品(如筆記本電腦、手機(jī)、通信設(shè)備、相機(jī)等)的主要電源受到人們廣泛關(guān)注。目前，鋰離子電池正極材料主要包括鎳酸鋰、橄欖石磷酸鐵鋰、尖晶石錳酸鋰和鈷酸鋰，但是傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料由于合成條件艱難、熱穩(wěn)定性差、價(jià)格昂貴等一系列缺點(diǎn)而逐漸被淘汰，因此，尋找高容量、高倍率、長循環(huán)壽命的新型正極材料已成為近年來的研究熱點(diǎn)。三元過渡金屬氧化物復(fù)合材料鎳鈷錳酸鋰因協(xié)同效應(yīng)結(jié)合了鈷酸鋰、錳酸鋰和鎳酸鋰各自的優(yōu)點(diǎn)，其容量、循壞穩(wěn)定性均優(yōu)于單一組分，成為了最佳替代材料。但是三元鎳鈷錳酸鋰材料也存在隨著鎳含量的增加而導(dǎo)致的熱穩(wěn)定性差、陽離子混排、大電流放電能力差等缺點(diǎn)。而草酸共沉淀法與高溫固相法制備的三元鎳鈷錳酸鋰材料擁有較大比表面積，有利于電極材料與電解液接觸充分，減少電荷或離子在電解液和電極材料之間的擴(kuò)散阻力，從而提高電極材料的電化學(xué)儲(chǔ)能性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種三元鎳鈷錳酸鋰材料及制備方法和應(yīng)用，主要解決的技術(shù)問題為改善目前三元鎳鈷錳酸鋰材料在鋰電池正極材料應(yīng)用上的循環(huán)穩(wěn)定性差和大電流放電能力差的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種三元鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將草酸置于去離子水中進(jìn)行磁力攪拌，得到草酸溶液，然后將草酸溶液置于超聲器中進(jìn)行超聲分散；

(2)將乙酸鈷、乙酸錳加入到去離子水中，得到乙酸鈷溶液和乙酸錳溶液，分別將兩種溶液攪拌至澄清；

(3)將步驟(1)處理后的草酸溶液固定在油浴鍋中，將步驟(2)中所得兩種溶液分別逐滴加入草酸溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)；

(4)將步驟(3)中所得產(chǎn)物放入干燥箱內(nèi)進(jìn)行干燥，干燥后置于快速升降溫爐中進(jìn)行退火，冷卻后得到鈷錳氧化物前驅(qū)體；

(5)將步驟(4)中所得產(chǎn)物與乙酸鎳、碳酸鋰放置于球磨罐中進(jìn)行高速球磨來混合物料；

(6)將步驟(5)中所得產(chǎn)物置于快速升降溫爐中進(jìn)行退火，然后在快速升降溫爐中通入氧氣作為反應(yīng)氣體，進(jìn)行高溫加熱，從而得到三元鎳鈷錳酸鋰材料。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中，磁力攪拌時(shí)間為20-30min，攪拌速度為200-300r/min，草酸溶液置于超聲器中進(jìn)行超聲分散10min。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，乙酸鈷、乙酸錳以1:1的摩爾比加入去離子水中，攪拌至澄清，得到的乙酸鹽溶液中過渡金屬鈷、錳離子的總濃度為0.1mol/L。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中，油浴時(shí)間為1～2h，油浴溫度為60～80℃。

優(yōu)選地，所述步驟(4)中，干燥箱內(nèi)干燥的具體條件如下，干燥溫度為60～80℃，干燥時(shí)間為10～12h，從而的得到草酸鈷錳。

優(yōu)選地，所述步驟(4)中，在快速升降溫爐中的煅燒溫度為450～550℃，升溫速率為3～5℃/min，保溫時(shí)間為6～8h，空氣中煅燒。