一種鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁及製備方法和應用與流程

2023-05-17 04:16:01 1

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的製備方法，特別是涉及一種鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁及製備方法和應用。

背景技術：

鋰離子二次電池作為高比能量化學電源已經廣泛應用於移動通訊、筆記本電腦、攝像機、照相機、可攜式儀器儀表等領域，迅速發展成為目前最重要的二次電池之一。鋰離子電池作為最新一代的綠色高能蓄電池，於20世紀90年代初迅速發展起來，鋰離子電池因其電壓高、能量密度高、循環壽命長、環境汙染小等優點倍受青睞。

由於三元材料lini1-x-ycoxalyo2（0<x<1,0<y<1）具有優於磷酸亞鐵鋰和鈷酸鋰的特性，並且根據調節鎳、鈷、鋁的比例，可以製備出不同性能的三元電極材料。lini1-x-ycoxalyo2（0<x<1,0<y<1）改善了材料的結構穩定性、提高了材料的充放電循環穩定性和高溫穩定性，最大程度上發揮了其優異的電化學性能。該材料被日本企業壟斷，松下和索尼是鎳鈷鋁（nca）的主要供應商，特斯拉的成功帶動了世人對nca材料的關注。

本發明提供一種鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁的製備方法，本發明通過水熱法利用鋁箔原位生長製備三維的花狀nca三元材料。三維花狀結構的nca材料具有較大的比表面積，能夠與電解液充分接觸，進而可以提高材料的電化學性能。並且製備方法簡單，工藝條件容易實現，能量消耗低，且製備無汙染。

技術實現要素：

為克服現有技術的不足，本發明提供一種鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁及製備方法和應用。

一種鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁的製備方法，其特徵在於，該方法的具體步驟為：

（1）剪切0.11～0.185mmol1cm×1cm的鋁箔，清洗乾燥後置於100ml的反應釜底部；

（2）將氫氧化鋰、鎳鹽、鈷鹽溶液和質量百分比為10%～30%的雙氧水混合，其中氫氧化鋰、鎳鹽、鈷鹽和反應的鋁箔的摩爾比為1：1-x-y：x：y，其中0<x<1,0<y<1，常溫條件下磁力攪拌15～30min，然後轉入水熱反應釜中，110～130℃反應3～5h；

（3）降至室溫後，將沉澱物真空抽濾，然後用水和乙醇洗滌數次，然後真空烘箱60～80℃乾燥10～15h；

（4）將上述沉澱物在500～700℃溫度下煅燒3～5h，得到鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁。

所述的鎳鹽為硝酸鎳、醋酸鎳或草酸鎳中的一種或其組合。

所述的鈷鹽為硝酸鈷、醋酸鈷或草酸鈷中的一種或其組合。

一種鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁，其特徵在於，根據上述任一所述方法製備得到。

一種鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁作為正極材料的應用。

有益效果：

本發明提供一種鋁箔原位生長的三元正極材料鎳鈷鋁的製備方法，本發明通過水熱法利用鋁箔原位生長製備三維的花狀nca三元材料。三維花狀結構的nca材料具有較大的比表面積，能夠與電解液充分接觸，進而可以提高材料的電化學性能。並且製備方法簡單，工藝條件容易實現，能量消耗低，且製備無汙染。

本發明通過水熱法利用鋁箔原位生長製備三維的花狀nca三元材料。三維花狀結構的nca材料具有較大的比表面積，能夠與電解液充分接觸，進而可以提高材料的電化學性能。首次放電比容量為207mah/g，第二次放電比容量為184mah/g，經過50次循環放電比容量為175mah/g，與第二次放電比容量相比，容量保持率為95.1%。

附圖說明

圖1為實施例1三維花狀結構lini0.8co0.15al0.05o2材料的電化學倍率性能圖。

圖2為實施例2三維花狀結構lini0.8c0.12al0.08o2材料的循環壽命圖。

具體實施方式

本發明通過下面具體實例進行詳細的描述，但是本發明的保護範圍不受限於這些實施例子。

實施例一：

剪切0.11mmol1cm×1cm的鋁箔，清洗乾燥後置於100ml的反應釜底部；將氫氧化鋰、硝酸鎳、硝酸鈷溶液和質量百分比為10%的雙氧水混合，其中氫氧化鋰、硝酸鎳、硝酸鈷和反應的鋁箔的摩爾比為1mmol：0.8mmol：0.15mmol：0..05mmol，常溫條件下磁力攪拌15min，然後轉入水熱反應釜中，110℃反應5h；降至室溫後，將沉澱物真空抽濾，然後用水和乙醇洗滌數次，然後真空烘箱80℃乾燥10h；將上述沉澱物在500℃溫度下煅燒5h，得花狀的三元lini0.8co0.15al0.05o2材料。圖1是花狀結構lini0.8co0.15al0.05o2材料的倍率性能圖，0.1c放電比容量為190mah/g，0.5c放電比容量為170mah/g左右，10c放電比容量約為55mah/g。

實施例二：

剪切0.15mmol1cm×1cm的鋁箔，清洗乾燥後置於100ml的反應釜底部；將氫氧化鋰、硝酸鎳、硝酸鈷溶液和質量百分比為20%的雙氧水混合，其中氫氧化鋰、硝酸鎳、硝酸鈷和反應的鋁箔的摩爾比為1mmol：0.8mmol：0.12mmol：0..08mmol，常溫條件下磁力攪拌20min，然後轉入水熱反應釜中，130℃反應3h；降至室溫後，將沉澱物真空抽濾，然後用水和乙醇洗滌數次，然後真空烘箱80℃乾燥10h；將上述沉澱物在600℃溫度下煅燒3h，得花狀的三元lini0.8co0.12al0.08o2材料。圖2是三維花狀結構lini0.8co0.12al0.08o2材料的循環壽命圖。首次放電比容量為207mah/g，第二次放電比容量為184mah/g，經過50次循環放電比容量為175mah/g，與第二次放電比容量相比，容量保持率為95.1%。

實施例三：

剪切0.185mmol1cm×1cm的鋁箔，清洗乾燥後置於100ml的反應釜底部；將氫氧化鋰、醋酸鎳、醋酸鈷溶液和質量百分比為30%的雙氧水混合，其中氫氧化鋰、醋酸鎳、醋酸鈷和反應的鋁箔的摩爾比為1mmol：0.8mmol：0.1mmol：0.1mmol，常溫條件下磁力攪拌30min，然後轉入水熱反應釜中，130℃反應3h；降至室溫後，將沉澱物真空抽濾，然後用水和乙醇洗滌數次，然後真空烘箱80℃乾燥10h；將上述沉澱物在700℃溫度下煅燒3h，得花狀的三元lini0.8co0.1al0.1o2材料。