[發(fā)明專利]無鈷高鎳三元正極材料、制法和用于制備電池正極的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111000907.4
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113809294A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 李喜飛;席玉坤;白毅坤;左稼軒;侯寧靜
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/485;H01M4/50;H01M4/505;H01M4/52;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發(fā)明公開了一種無鈷高鎳三元正極材料及其制備方法以及采用上述無鈷高鎳三元正極材料制備鋰離子電池正極的方法，用氫氧化鈉作沉淀劑，氨水作絡合劑，將化學計量比鎳鹽、鐵鹽、錳鹽混合，將整個混合溶液加入通有N₂保護的高溫反應釜中進行共沉淀反應，洗滌、烘干后得到粉末狀混合前驅體，再將其與鋰鹽在O₂氣氛下進行熱處理，最終得一種無鈷高鎳三元正極材料。所得納米材料具有較好的電化學行為，用于可充鋰離子電池的正極，該材料在合成過程中引入價格低廉的鐵元素，用來替換價格高昂且有毒性的鈷元素，從而極大的降低三元正極材料的價格。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極新材料技術領域，具體涉及一種無鈷高鎳三元正極材料。本發(fā)明還涉及上述無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，以及采用上述無鈷高鎳三元正極材料制備鋰離子電池正極的方法。

背景技術

隨著全球環(huán)境問題的不斷惡化和能源危機的加劇，人們迫切的需要清潔、可再生能源。近年來，市場需求不斷推動著鋰離子電池朝著更高能量密度、更高功率密度以及更長循環(huán)壽命的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料相比，如鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等，三元材料(LiNixCoyMnzO₂，x+y+z＝1，記為NCM)具有能量密度高、倍率性能好、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性能好和環(huán)境友好等優(yōu)點。通常，NCM材料中的Ni元素提供容量；Mn元素能夠穩(wěn)定材料的結構；Co元素提高材料的導電性，能夠大大的提高材料的倍率性能，但同時，由于Co元素儲量少且分布相對集中，導致其供應鏈脆弱、價格波動大且昂貴等問題。因此，在追求更高能量密度的同時，人們也在尋找降低甚至完全取代高鎳正極材料中鈷元素的方案。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種無鈷高鎳三元正極材料，解決了現有鋰離子電池正極材料過于依賴Co元素的問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述無鈷高鎳三元正極材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供采用上述無鈷高鎳三元正極材料制備鋰離子電池正極的方法。

本發(fā)明所采用的第一種技術方案是：一種無鈷高鎳三元正極材料，正極材料的分子式為LiNi_xFe_yMn_(1-x-y)O₂，其中0.6≤x≤0.8，0.1≤y≤0.2。

本發(fā)明第一種技術方案的特點還在于，

正極材料為平均粒徑2～10μm的球形或類球形，優(yōu)選為4～8μm。

本發(fā)明所采用的第二種技術方案是：一種無鈷高鎳三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將鎳鹽、鐵鹽和錳鹽混合后溶入去離子水中，攪拌得到鹽溶液；

步驟2、將氫氧化鈉和氨水分別溶入去離子水中，得到氫氧化鈉溶液和氨水溶液；

步驟3、配備含有氫氧化鈉及氨水的底液，將底液加入通有N₂保護的高溫反應釜后預先加熱；

步驟4、將步驟1所得鹽溶液、步驟2所得氫氧化鈉溶液和氨水溶液同時加入步驟3的反應釜中進行共沉淀反應，洗滌、烘干后得到粉末狀混合前驅體；

步驟5、再將步驟4所得前驅體與鋰鹽在O₂氣氛下進行熱處理，即得。

本發(fā)明第二種技術方案的特點還在于，

步驟1中的鎳鹽為硫酸鎳、硝酸鎳、碳酸鎳或乙酸鎳中的一種或兩種以上混合物，優(yōu)選為硫酸鎳；鐵鹽為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵或氯化亞鐵中的一種或兩種以上混合物，優(yōu)選為硫酸亞鐵；錳鹽為硫酸錳、硝酸錳、氯化錳、碳酸錳或乙酸錳中的一種或兩種以上混合物，優(yōu)選為硫酸錳。

步驟1中鎳鹽、鐵鹽和錳鹽的混合比為摩爾比0.6～0.8:0.1～0.2:0.1～0.2，優(yōu)選為0.8:0.1:0.1。