一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及锂离子二次电池正极材料技术领域，具体为一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前，电动乘用车的动力源主要采用锂离子电池，这要求锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、高安全性以及低成本，正极材料是制约锂离子电池性能和成本的关键所在，富镍层状正极材料li[ni1-xmx]o2价格低廉、毒性小、能量密度较高，是目前主要的电动乘用车用锂离子电池正极材料之一，随着材料中镍含量的进一步增加，富镍层状正极材料虽然能达到较高的能量密度和较低的原料成本，但是材料的循环性能和热稳定性能会有所降低，从而导致锂离子电池寿命衰减和安全性下降。
[0003]
现有技术中一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法缺点不足：
[0004]
1、对比文件cn107275620a，公开了一种掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料及其制备方法，“该锂离子电池层状富镍正极材料的化学式为：mox
·
lini1-a-b-c-dcoamnbalcmdo2，mox为表面修饰层材料。本发明通过液相前驱体制备、高温固相烧结和表面修饰方法，制备出掺杂包覆改性锂离子电池层状富镍正极材料。掺杂改性具有很好的锂离子导电性，有利于锂离子的脱嵌，可大幅提高层状富镍正极材料的倍率性能，进而改善锂离子电池正极材料的功率密度和能量密度。利用表面包覆修饰可以降低材料表面碱含量，减少副反应的发生，提高层状富镍正极材料的循环性能和安全性能，工序简单，结构易控，能实现工业化大规模生产”，但上述掺杂改性的效率较慢，在实际使用时较为影响工作人员的工作效率；
[0005]
2、对比文件cn107256955a，公开了一种改性锂离子电池高镍正极材料及其制备方法，“包括以下步骤：(1)将高镍正极材料加入水中，以500～2000r/min的转速，快速搅拌洗涤1～20min，过滤，烘干，得到水洗后高镍正极材料；(2)将水洗后高镍正极材料与锡源混合均匀，含氧气氛下以1～3℃/min的升温速率升温至300～700℃后恒温烧结3～10h，出料，破碎，得到改性锂离子电池高镍正极材料。本发明方法首先将高镍正极材料在水中快速洗涤，再利用锡源吸收残余锂，并在材料的表面生成一层锡酸锂及氧化锡的复合包覆层，既提高电池的放电容量及首效，又提高循环性能及安全性能”，但上述方法在制备完毕后不具有较好的检测结构，使其难以对所制备成品的质量进行安全保证；


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0007]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，包括以下所述制备方法：
[0008]
步骤一：称取化学计量比的富镍层状正极材料前躯体(ni1-x-ycoxmny(oh)2，x≤0.2，y≤0.2)和二氧化硅溶胶，二者的摩尔量比为100:1-100:10，所用的纳米二氧化硅溶胶
的浓度在1％-5％，粒径在5nm-100nm；
[0009]
步骤二：将上述两种物质和无水乙醇加入到烧杯中，上述两种物质与乙醇(的质量比为1:5-1:20，在烧杯中搅拌3-10h；
[0010]
步骤三：将上述溶液中溶剂蒸干后，将固体粉末与氢氧化锂(lioh
·
h2o)混合均匀，两者的摩尔量比为1:1.03-1:1.1；
[0011]
步骤四：将得到的混合均匀的材料转移至刚玉方舟中，采用分段煅烧的烧结工艺得到复合富镍层状正极材料；
[0012]
步骤五：将所制得的材料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片；
[0013]
步骤六：装配按正极片——隔膜——负极片——隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池
[0014]
步骤七：检测，用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池。
[0015]
优选的，所述步骤二中的无水乙醇可用水作为替代。
[0016]
优选的，所述步骤四中，具体步骤为：
[0017]
s1:在预烧结阶段，在空气氛围下400-530℃温度下焙烧4-6h，经自然降温后取出材料，经过研磨使得材料更均匀混合；
[0018]
s2:然后再在氧气烧结炉中680-800℃温度下焙烧12-20h，得到复合型富镍层状正极材料。
[0019]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0020]
1、本发明通过采用离子掺杂和表面包覆的技术手段来改善富镍层状正极材料的结构稳定性和界面稳定性，通过在材料中掺入正价的金属离子，能够有效降低材料的li+/ni2+离子混排，同时提高材料层状结构的稳定性，通过在材料表面包覆特殊的复合物，能够有效降低材料与电解液之间的副反应，提高材料与电解液界面的离子迁移速率，从而提高材料的循环性能和热稳定性能，改性后的富镍层状正极材料在循环寿命和安全性上均有所提升。
[0021]
2、本方法通过各个步骤的搭配工作，可以缩短复合型富镍层状正极材料的制备周期，简化制备工艺，降低制备成本，有效提高富镍层状正极材料的循环稳定性和安全性。
[0022]
3、本发明通过步骤七中的检测方法，可快速筛选出符合条件的成品锂电池，从而有效避免因电池故障而对电路造成烧伤损毁，从而提高了本方法的安全性，进而提高了本方法的适用性。
附图说明
[0023]
图1为本发明的复合前的扫描电子显微镜示意图；
[0024]
图2为本发明的复合后的扫描电子显微镜示意图；
[0025]
图3为本发明的采用不同氧化物复合的材料的循环性能曲线结构示意图。
具体实施方式
[0026]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]
实施例一：
[0028]
本发明提供的一种实施例，一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法，步骤一：称取化学计量比的富镍层状正极材料前躯体(ni1-x-ycoxmny(oh)2，x≤0.2，y≤0.2)和二氧化硅溶胶，二者的摩尔量比为100:1-100:10，所用的纳米二氧化硅溶胶的浓度在1％，粒径在5nm-100nm；
[0029]
步骤二：将上述两种物质和无水乙醇(或水)加入到烧杯中，上述两种物质与乙醇(或水)的质量比为1:1-1:10，在烧杯中搅拌3h；
[0030]
步骤三：将上述溶液中溶剂蒸干后，将固体粉末与氢氧化锂(lioh
·
h2o)混合均匀；
[0031]
步骤四：将得到的混合均匀的材料转移至刚玉方舟中，采用分段煅烧的烧结工艺得到复合富镍层状正极材料；
[0032]
步骤五：将所制得的材料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片；
[0033]
步骤六：装配按正极片——隔膜——负极片——隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池；
[0034]
步骤七：检测，用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池。
[0035]
优选的，所述步骤四中，具体步骤为：
[0036]
s1:在预烧结阶段，在空气氛围下400-530℃温度下焙烧4-6h，经自然降温后取出材料，经过研磨使得材料更均匀混合；
[0037]
s2:然后再在氧气烧结炉中680-800℃温度下焙烧12-20h，得到复合型富镍层状正极材料。
[0038]
实施例二：
[0039]
本发明提供的一种实施例，一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法，步骤一：称取化学计量比的富镍层状正极材料前躯体(ni1-x-ycoxmny(oh)2，x≤0.2，y≤0.2)和二氧化硅溶胶，二者的摩尔量比为100:1-100:10，所用的纳米二氧化硅溶胶的浓度在3％，粒径在5nm-100nm；
[0040]
步骤二：将上述两种物质和无水乙醇(或水)加入到烧杯中，上述两种物质与乙醇(或水)的质量比为1:3-1:15，在烧杯中搅拌5h；
[0041]
步骤三：将上述溶液中溶剂蒸干后，将固体粉末与氢氧化锂(lioh
·
h2o)混合均匀；
[0042]
步骤四：将得到的混合均匀的材料转移至刚玉方舟中，采用分段煅烧的烧结工艺得到复合富镍层状正极材料；
[0043]
步骤五：将所制得的材料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片；
[0044]
步骤六：装配按正极片——隔膜——负极片——隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池；
[0045]
步骤七：检测，用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池。
[0046]
优选的，所述步骤四中，具体步骤为：
[0047]
s1:在预烧结阶段，在空气氛围下400-530℃温度下焙烧4-6h，经自然降温后取出材料，经过研磨使得材料更均匀混合；
[0048]
s2:然后再在氧气烧结炉中680-800℃温度下焙烧12-20h，得到复合型富镍层状正极材料。
[0049]
实施例三：
[0050]
本发明提供的一种实施例，一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法，步骤一：称取化学计量比的富镍层状正极材料前躯体(ni1-x-ycoxmny(oh)2，x≤0.2，y≤0.2)和二氧化硅溶胶，二者的摩尔量比为100:1-100:10，所用的纳米二氧化硅溶胶的浓度在5％，粒径在5nm-100nm；
[0051]
步骤二：将上述两种物质和无水乙醇(或水)加入到烧杯中，上述两种物质与乙醇(或水)的质量比为1:5-1:20，在烧杯中搅拌3h；
[0052]
步骤三：将上述溶液中溶剂蒸干后，将固体粉末与氢氧化锂(lioh
·
h2o)混合均匀，两者的摩尔量比为1:1.03-1:1.1；
[0053]
步骤四：将得到的混合均匀的材料转移至刚玉方舟中，采用分段煅烧的烧结工艺得到复合富镍层状正极材料；
[0054]
步骤五：将所制得的材料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片；
[0055]
步骤六：装配按正极片——隔膜——负极片——隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池；
[0056]
步骤七：检测，用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池。
[0057]
优选的，所述步骤四中，具体步骤为：
[0058]
s1:在预烧结阶段，在空气氛围下400-530℃温度下焙烧4-6h，经自然降温后取出材料，经过研磨使得材料更均匀混合；
[0059]
s2:然后再在氧气烧结炉中680-800℃温度下焙烧12-20h，得到复合型富镍层状正极材料。
[0060]
通过采用离子掺杂和表面包覆的技术手段来改善富镍层状正极材料的结构稳定性和界面稳定性，通过在材料中掺入正价的金属离子，能够有效降低材料的li+/ni2+离子混排，同时提高材料层状结构的稳定性，通过在材料表面包覆特殊的复合物，能够有效降低材料与电解液之间的副反应，提高材料与电解液界面的离子迁移速率，从而提高材料的循
环性能和热稳定性能。改性后的富镍层状正极材料在循环寿命和安全性上均有所提升。
[0061]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法，其特征在于：包括以下所述制备方法：步骤一：称取化学计量比的富镍层状正极材料前躯体 （ni1-x-ycoxmny(oh)2，x≤0.2，y≤0.2）和二氧化硅溶胶，二者的摩尔量比为100:1-100:10，所用的纳米二氧化硅溶胶的浓度在1%-5%，粒径在5nm-100nm；步骤二：将上述两种物质和无水乙醇加入到烧杯中，上述两种物质与乙醇的质量比为1:5-1:20，在烧杯中搅拌3-10h；步骤三：将上述溶液中溶剂蒸干后，将固体粉末与氢氧化锂（lioh
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h2o）混合均匀，两者的摩尔量比为1:1.03-1:1.1；步骤四：将得到的混合均匀的材料转移至刚玉方舟中，采用分段煅烧的烧结工艺得到复合富镍层状正极材料；步骤五：将所制得的材料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片；步骤六：装配按正极片——隔膜——负极片——隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池步骤七：检测，用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池。2.根据权利要求1所述的一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法，其特征在于：优选的，所述步骤二中的无水乙醇可用水作为替代。3.根据权利要求1所述的一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法，其特征在于：所述步骤四中，具体步骤为：s1:在预烧结阶段，在空气氛围下400-530℃温度下焙烧4-6h，经自然降温后取出材料，经过研磨使得材料更均匀混合；s2:然后再在氧气烧结炉中680-800 ℃温度下焙烧12-20 h，得到复合型富镍层状正极材料。

技术总结
本发明公开了一种新型锂离子电池富镍正极材料及其制备方法，包括所述以下制备方法：步骤一：称取化学计量比的富镍层状正极材料前躯体和二氧化硅溶胶，二者的摩尔量比为100:1-100:10，所用的纳米二氧化硅溶胶的浓度在1%-5%，粒径在5nm-100nm；步骤二：将上述两种物质和无水乙醇加入到烧杯中，上述两种物质与乙醇的质量比为1:5-1:20，在烧杯中搅拌3-10h；步骤三：将上述溶液中溶剂蒸干后，将固体粉末与氢氧化锂（LiOH


技术研发人员：白薛 何蕊 魏爱佳 张利辉 刘振法 赵光华 高山 杨世雄
受保护的技术使用者：石家庄圣泰化工有限公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2022/3/8