[發(fā)明專利]雙金屬離子共摻雜無鈷前驅(qū)體及正極材料及其制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110633376.6 | 申請日： | 2021-06-07 |
| 公開（公告）號： | CN113363461A | 公開（公告）日： | 2021-09-07 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 高劍;劉洋;譚鐵寧 | 申請（專利權(quán)）人： | 四川啟睿克科技有限公司 |
| 主分類號： | H01M4/525 | 分類號： | H01M4/525;C01G53/00;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 四川省成都市天策商標專利事務(wù)所 51213 | 代理人： | 胡慧東 |
| 地址： | 610000 四川省成都市中國（四川）*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 雙金屬 離子 摻雜 前驅(qū) 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種雙金屬離子共摻雜無鈷前驅(qū)體及正極材料及其制備方法，其中前驅(qū)體的制備包括以下步驟：將鎳鹽、錳鹽和鎢鹽與純水混合均勻配制成無機鹽混合溶液A，配制碳酸鈉溶液和氨水溶液，將氨水溶液加入到碳酸鈉溶液中得到混合溶液B，將無機鹽混合溶液A與混合溶液B加入到反應(yīng)容器內(nèi)混合并持續(xù)攪拌，不斷通入保護氣體，反應(yīng)后進行洗滌、過濾、烘干及碾磨，得到無鈷正極材料前驅(qū)體。該方法可以簡化鋰離子電池用正極材料的制備工藝，降低層狀正極材料的制備成本。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙金屬離子共摻雜無鈷前驅(qū)體及正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
至今為止，金屬鈷在鋰離子正極材料LiCoO2及近年來流行的三元正極材料NCM和NCA中已經(jīng)被大量使用了28年。然而相比其他金屬元素鎳、錳、鎂、鋁、鈦等的價格，金屬鈷的價格最為昂貴。眾所周知，三元正極材料制備成本大部分來源于金屬元素鈷、鎳、錳、鋰等原料成本。根據(jù)市場調(diào)研，2020年6月，鎳的價格僅5.84USD/Ib，鋁的價格0.73USD/Ib，然而鈷的價格其高，為13.38USD/Ib，是其他金屬元素價格的兩倍，甚至廉價金屬元素的十八倍。因此用廉價金屬元素鋁、鎂、鈦、錳等取代貴金屬元素鈷能大幅降低正極材料的制備成本。而且由于金屬元素鈷具有毒性的本征特性，完全去除層狀氧化物正極材料中的金屬元素鈷已經(jīng)勢不可擋。
三元正極材料的容量是隨鎳含量升高而增加，過渡金屬元素鎳的主要作用是在正極材料充放電過程中參與氧化還原反應(yīng)(Ni2+，Ni4+)，為材料提供容量。過渡金屬元素鈷在三元材料中的主要作用是提高鋰離子傳導(dǎo)，增強倍率性能，穩(wěn)定材料晶體結(jié)構(gòu)，提高循環(huán)穩(wěn)定性，同時能抑制材料合成過程陽離子的混排。但最近有研究表明，在層狀氧化物正極材料中，金屬元素鈷是可以被替代的。金屬元素鋁和鎂取代層狀氧化物正極材料中的金屬元素鈷，同樣具有抑制陽離子混排的效果。金屬元素鋁、鎂和錳在層狀氧化物正極材料充放電過程中能抑制多元相轉(zhuǎn)變，鈷卻不具備該特性。金屬元素鋁、鎂和錳表現(xiàn)出阻止正極材料與電解液發(fā)生副反應(yīng)的優(yōu)勢，鈷卻完全不起作用。因此無鈷高鎳正極材料被認為是最有希望實現(xiàn)“能量密度超500Wh/Kg、價格低于100美元/千瓦時”這一要求的理想正極材料。
無鈷層狀正極材料LiNi0.5Mn0.5O2很好地滿足了材料低成本的需求，然而該材料的容量太低，以至于限制了其市場應(yīng)用的前景。為了同時滿足低成本和高能量密度，研究者合成了LiNi0.6Mn0.4O2，LiNi0.7Mn0.3O2，LiNi0.8Mn0.2O2，和LiNi0.9Mn0.1O2無鈷正極材料，但仍然存在容量衰減迅速、循環(huán)極其不穩(wěn)定的實際應(yīng)用問題。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種雙金屬離子共摻雜無鈷正極材料及其制備方法，該方法可以簡化鋰離子電池用正極材料的制備工藝，降低層狀正極材料的制備成本。
為了達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種雙金屬離子共摻雜無鈷前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：將鎳鹽、錳鹽和鎢鹽與純水混合均勻配制成無機鹽混合溶液A，配制碳酸鈉溶液和氨水溶液，將氨水溶液加入到碳酸鈉溶液中得到混合溶液B，在50℃～60℃的溫度范圍內(nèi)將無機鹽混合溶液A與混合溶液B加入到反應(yīng)容器內(nèi)混合并持續(xù)攪拌，不斷通入保護氣體，無機鹽混合溶液A與混合溶液B反應(yīng)后進行洗滌、過濾、烘干及碾磨，收集得到無鈷正極材料前驅(qū)體。
進一步的技術(shù)方案為，氨水溶液中NH3與無機鹽混合溶液A中金屬離子的摩爾比為(0.5-1.5)∶2。。
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