改性多孔富镍正极材料及其制备方法技术

本公开涉及一种改性多孔富镍正极材料及其制备方法，该方法包括：(1)使镍源、钴源、锰源、沉淀剂与络合剂在溶剂中接触混合，向混合液中通入氮气进行搅拌反应，从反应所得物中分离出多孔前驱体；所述氮气的流速为300～500mL/min；(2)将锂源与所述多孔前驱体混合并进行第一热处理，得到多孔富镍正极材料；(3)将铈源、镧源与所述多孔富镍正极材料接触，并进行第二热处理。本公开的方法在合成正极材料前驱体时通入高流速的N2，为前驱体和正极材料引入多孔结构，为一次颗粒之间相互的挤压提供了缓冲空间，减少在煅烧过程中的应力集中区域；采用稀土元素铈和镧对富镍正极材料进行包覆掺杂共改性，拓宽锂离子的传输通道，提高材料的倍率性能。的倍率性能。的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
改性多孔富镍正极材料及其制备方法


[0001]本公开涉及锂离子电池材料领域，具体地，涉及一种改性多孔富镍正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着日益突出的环境问题和能源危机，锂离子电池作为环境友好和高能量密度的电池，已被广泛的应用于便携式电子设备和新能源电动车，但循环稳定性和安全性制约着锂离子电池正极材料的发展，是当下亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本公开的目的是提供一种改性多孔富镍正极材料及其制备方法，该方法提高了材料的结构稳定性和倍率性能。
[0004]本公开第一方面提供一种改性多孔富镍正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0005](1)使镍源、钴源、锰源、沉淀剂与络合剂在溶剂中接触混合，向混合液中通入氮气进行搅拌反应，从反应所得物中分离出多孔前驱体；所述氮气的流速为300～500mL/min；
[0006](2)将锂源与所述多孔前驱体混合并进行第一热处理，得到多孔富镍正极材料；
[0007](3)将铈源、镧源与所述多孔富镍正极材料接触，并进行第二热处理。
[0008]可选地，步骤(1)中，所述镍源、钴源和锰源的摩尔比为(0.8～0.85)：(0.08～0.13)：(0.05～0.1)；所述溶剂为水，所述沉淀剂和所述络合剂分别以浓度为2～4mol/L和2～6mol/L的水溶液形式使用，所述沉淀剂为无机碱，所述络合剂选自氨水。
[0009]可选地，步骤(2)中，以镍钴锰元素总摩尔数计的所述多孔前驱体与所述锂源的摩尔比为1：(1～1.1)，所述铈源、镧源与以镍钴锰元素总摩尔数计的所述多孔富镍正极材料的摩尔比为(0.009～0.025)：(0.001～0.005)：(0.97～0.99)。
[0010]可选地，所述镍源为镍的可溶性盐，所述镍源包括硫酸镍、氯化镍和硝酸镍中的一种或几种；所述钴源为钴的可溶性盐，所述钴源包括硫酸钴、氯化钴和硝酸钴中的一种或几种；所述锰源为锰的可溶性盐，所述锰源包括硫酸锰、氯化锰和硝酸锰中的一种或几种；所述锂源包括单水氢氧化锂、无水氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、草酸锂、氧化锂和硝酸锂中的一种或几种；所述铈源包括硝酸铈和/或氯化铈；所述镧源包括硝酸镧和/或氯化镧。
[0011]可选地，步骤(1)中，所述氮气通入所述混合液的液面以下，所述混合液的pH为10～13；所述搅拌的速度为600～650rpm，所述反应的温度为45～50℃，时间为12～22h。
[0012]可选地，步骤(2)中，所述第一热处理包括第一烧结和第二烧结，所述第一烧结的条件包括：温度为400～600℃，时间为2～8h；所述第二烧结的条件包括：温度为650～950℃，时间为6～16h；所述第一热处理和所述第二热处理均在纯氧气氛下进行。
[0013]可选地，步骤(3)中，所述铈源和所述镧源在有机溶剂中与所述多孔富镍正极材料接触混合，所得物料经干燥后进行所述第二热处理；所述有机溶剂为乙醇；所述第二热处理
的条件包括：温度为300～700℃，时间为4～10h。
[0014]本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的制备方法制备得到的改性多孔富镍正极材料，所述改性多孔富镍正极材料的孔径在0.1～3μm范围内的孔的孔容为0.4～0.8cm3/g，所述改性多孔富镍正极材料的表面包含铈元素和镧元素。
[0015]可选地，所述改性多孔富镍正极材料的化学式如式(Ⅰ)所示：Li
a
(Ni1‑
x
‑
y
Co
x
Mn
y
)1‑
b
M
b
O2(Ⅰ)，其中，1.0≤a≤1.1，0.08≤x≤0.13，0.05≤y≤0.1，0.8≤1
‑
x
‑
y≤0.85，0.01≤b≤0.03，M包含铈元素和镧元素。
[0016]可选地，所述改性多孔富镍正极材料为颗粒材料，优选为球状颗粒或类球状颗粒，所述颗粒材料的粒径为5～20μm，所述改性多孔富镍正极材料包括内部的多孔富镍正极材料和包覆在所述多孔富镍正极材料上的包覆层，所述包覆层中含有铈元素和镧元素，所述包覆层的厚度为2～7nm。
[0017]通过上述技术方案，本公开提供一种改性多孔富镍正极材料的制备方法，该方法在合成正极材料前驱体时通入高流速的N2，为正极材料引入多孔结构，在煅烧和循环过程中，多孔结构为一次颗粒之间相互的挤压提供了缓冲空间，减少在煅烧过程中的应力集中区域，抑制材料长时间充放电循环后微裂纹和相变的产生，提高材料的结构稳定性和电池的倍率性能；同时该方法引入稀土元素Ce和La对富镍正极材料进行包覆掺杂共改性，减少Li
+
/Ni
2+
的混排；使材料在充放电过程中保持较好的层状结构，拓宽了锂离子的传输通道，提高了材料的倍率性能；且材料表面形成氧化铈镧包覆层，可以保护电极免受电解液的腐蚀。
[0018]本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0019]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0020]图1为本公开的实施例1制备的改性多孔富镍正极材料1与对比例1制备的对比材料1的孔径分布图；
[0021]图2为本公开的实施例1制备的改性多孔富镍正极材料1与对比例1制备的对比材料1的XRD图；
[0022]图3为本公开的实施例1制备的改性多孔富镍正极材料1的扫描电镜图；
[0023]图4为本公开的实施例1制备的改性多孔富镍正极材料1的透射电镜图；
[0024]图5为本公开的对比例1制备的对比材料1的扫描电镜图；
[0025]图6为本公开的实施例1制备的改性多孔富镍正极材料1与对比例1制备的对比材料1的倍率性能图；
[0026]图7为本公开的实施例1制备的改性多孔富镍正极材料1与对比例1制备的对比材料1的循环性能图。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0028]本公开第一方面提供一种改性多孔富镍正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0029](1)使镍源、钴源、锰源、沉淀剂与络合剂在溶剂中接触混合，向混合液中通入氮气进行搅拌反应，从反应所得物中分离出多孔前驱体；所述氮气的流速为300～500mL/min；
[0030](2)将锂源与所述多孔前驱体混合并进行第一热处理，得到多孔富镍正极材料；
[0031](3)将铈源、镧源与所述多孔富镍正极材料接触，并进行第二热处理。
[0032]在上述实施方式中，本公开在合成正极材料前驱体时通入高流速的N2，为富镍正极材料引入多孔结构，多孔结构为一次颗粒之间相互的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性多孔富镍正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)使镍源、钴源、锰源、沉淀剂与络合剂在溶剂中接触混合，向混合液中通入氮气进行搅拌反应，从反应所得物中分离出多孔前驱体；所述氮气的流速为300～500mL/min；(2)将锂源与所述多孔前驱体混合并进行第一热处理，得到多孔富镍正极材料；(3)将铈源、镧源与所述多孔富镍正极材料接触，并进行第二热处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍源、钴源和锰源的摩尔比为(0.8～0.85)：(0.08～0.13)：(0.05～0.1)；所述溶剂为水，所述沉淀剂和所述络合剂分别以浓度为2～4mol/L和2～6mol/L的水溶液形式使用，所述沉淀剂为无机碱，所述络合剂选自氨水。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，以镍钴锰元素总摩尔数计的所述多孔前驱体与所述锂源的摩尔比为1：(1～1.1)，所述铈源、镧源与以镍钴锰元素总摩尔数计的所述多孔富镍正极材料的摩尔比为(0.009～0.025)：(0.001～0.005)：(0.97～0.99)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍源为镍的可溶性盐，所述镍源包括硫酸镍、氯化镍和硝酸镍中的一种或几种；所述钴源为钴的可溶性盐，所述钴源包括硫酸钴、氯化钴和硝酸钴中的一种或几种；所述锰源为锰的可溶性盐，所述锰源包括硫酸锰、氯化锰和硝酸锰中的一种或几种；所述锂源包括单水氢氧化锂、无水氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、草酸锂、氧化锂和硝酸锂中的一种或几种；所述铈源包括硝酸铈和/或氯化铈；所述镧源包括硝酸镧和/或氯化镧。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氮气通入所述混合液的液面以下，所述混合液的pH为10～13；所述搅拌的速度为600～650rpm，所述反应的温度为45～50℃，时间为12～22h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宝华，张伟，刘会，赵岩，哈钧川，熊家祥，王海峰，
申请(专利权)人：山东友邦科思茂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：