[发明专利]一种核壳结构的高镍三元正极材料及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202310384640.6 申请日: 2023-04-12
公开(公告)号: CN116375109A 公开(公告)日: 2023-07-04
发明(设计)人: 张彬;李阳;谭铁宁;朱高龙;邹昌武;范未峰;华剑锋;戴锋;李立国 申请(专利权)人: 四川新能源汽车创新中心有限公司;宜宾锂宝新材料有限公司
主分类号: C01G53/00 分类号: C01G53/00;H01M4/525;H01M4/505;C01G51/00
代理公司: 成都元信知识产权代理有限公司 51234 代理人: 赵道刚
地址: 644000 四川省宜宾市临港经开区国*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 结构 三元 正极 材料 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种核壳结构的高镍三元正极材料及其制备方法,采用富镍化合物作为核,且低镍化合物作为壳;通过沸石咪唑酯骨架结构作为中间体,在液相环境中,在富镍核上沉积一层低镍氢氧化物壳,再进行混锂烧结得到结构稳定的富镍核壳材料。本发明采用ZIF‑L作为牺牲剂,结合金属盐溶液在水热条件下,在富镍正极材料的表面构建了一层低镍的壳层,有利于改善富镍材料的循环稳定性和热稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料的技术领域,具体涉及一种核壳结构的高镍三元正极材料及其制备方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的加剧,锂离子电池因其能量密度高、循环寿命好、无记忆效应、相对环保等优点成为电动汽车及便携式电子领域的主力军。在整个电池系统中,正极材料起着至关重要的作用,涉及到工作电压、比容量、功率密度、能量密度、循环寿命和安全性等。

镍酸锂(LNO)及其衍生物,如镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA),在3.8Vvs Li/Li+的平均电压下能够提供高的比容量,而只有含镍量较高(80%)的层状富镍NCA或NCM可以在3.8V工作电压下提供超过200mAh g-1的可逆容量。因此,在电池工业中,开发富镍层状正极材料至关重要。然而,富镍层状氧化物也存在一些重要的缺陷。首先是阳离子混排问题,由于Ni2+和Li+具有相似的离子半径,因此Ni2+容易迁移到晶格中的Li+位置,造成阳离子混排。其次,三元材料中镍含量过高会导致机械稳定性降低,从而导致电池循环过程中产生裂纹。最后,随着Ni含量的增加,富镍材料在脱锂状态下的热稳定性也会越来越差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核壳结构的高镍三元正极材料的制备方法、核壳结构的高镍三元正极材料,旨在解决上述的问题。本发明由容量较高的富镍核以及具有良好结构稳定性的低镍壳构成。这种表面具有径向取向晶粒的核壳结构或浓度梯度结构颗粒,在一定程度上降低了晶粒间的应变,改善了结构稳定性。

本发明主要通过以下技术方案实现:

一种核壳结构的高镍三元正极材料的制备方法,包括以下步骤:

步骤S1:将富镍前驱体混合锂盐,在第一含氧气氛中进行烧结,得到一烧材料;

步骤S2:将步骤S1所得到的一烧材料分散到二甲基咪唑溶液中,再将金属盐溶液缓慢加入其中,搅拌均匀后转移到水热反应釜中进行水热反应;所述的二甲基咪唑溶液的浓度为1~4mol/L,金属盐浓度0.2~0.5mol/L,水热反应温度为120℃~160℃,反应时间为2~8h;

步骤S3:将步骤S2所得到的材料在第二含氧气氛中进行烧结,得到核壳结构的高镍三元正极材料。

本发明采用富镍化合物作为核,且低镍化合物作为壳;通过沸石咪唑酯骨架结构(ZIF)作为中间体,在液相环境中,在富镍核上沉积一层低镍氢氧化物壳,再进行混锂烧结得到结构稳定的富镍核壳材料。优选地,所述步骤S2中搅拌30-60min后转移到水热反应釜中进行水热反应。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述金属盐为钴盐、镍盐、锰盐、铁盐、铜盐中的任意一种或者多种。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述钴盐的摩尔百分数大于30%。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述金属盐由镍盐、钴盐、锰盐组成,且摩尔比为1:1:1。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述金属盐由镍盐、钴盐、锰盐组成,且摩尔比为5:2:3。

为了更好地实现本发明,进一步地,所述富镍前驱体为NixCoyMn(1-x-y)(OH)2,其中0.7≤x≤1,0≤y≤0.3,1-x-y≥0。

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