一種梯度包覆LiNiO的製作方法

2023-05-12 15:46:06

專利名稱：一種梯度包覆LiNiO的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的製備方法。
背景技術：
LiCoO2(鈷酸理)的電化學性能穩定，所以目前鋰離子可充電池正極材料多用LiCoO2。但是，LiCoO2的比容量低、成本高、汙染程度大；而LiNiO2(鎳酸理)的比容量高、成本低、汙染程度小，但性能(循環性能)不穩定。現有方法製備出的鋰離子電池正極材料存在成本高、工藝複雜、性能不穩定等缺點。

發明內容
本發明的目的是提供一種梯度包覆LiNiO2鋰離子電池正極材料的製備方法，它能夠製備出成本低、汙染程度小、比容量高、脫/嵌鋰性能穩定的鋰離子電池正極材料。本發明是這樣實現的a、向反應容器中加入含有摻雜離子的NiSO4溶液和NH3·H2O與NaOH混合溶液，反應2小時～2天，其中pH值為9.5～12.5、溫度為40～70℃、NiSO4溶液濃度為0.5～2.5mol/L；b、當剩餘NiSO4溶液的體積為初始體積的10～40％時，向剩餘NiSO4溶液逐漸加入0.5～2.5mol/LX2(SO4)y溶液，同時將混合溶液逐漸加入到反應容器中，使Ni(OH)2晶粒表面形成梯度包覆的X(OH)y層，反應3小時～3天；c、將由表面梯度包覆X(OH)y的摻雜Ni(OH)2與LiOH按照摩爾比為Ni/X∶Li＝(1.0～1.15)∶1的比例混合、研勻、燒結、再研磨，得到最終產品。本發明工藝簡單，所得產品作為鋰離子電池的正極材料，其比容量高(首次比容量＞200mAh/g)、成本低(為LiCoO2的1/2～2/3)、汙染小(近於無汙染)、循環性能好(每次平均循環效率＞99.5％)。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式是這樣實現的a、向反應容器中加入含有摻雜離子的NiSO4溶液和NH3·H2O與NaOH混合溶液，反應2小時～2天，其中pH值為9.5～12.5、溫度為40～70℃、NiSO4溶液濃度為0.5～2.5mol/L；b、當剩餘NiSO4溶液的體積為初始體積的10～40％時，向剩餘NiSO4溶液逐漸加入0.5～2.5mol/L X2(SO4)y溶液，同時將混合溶液逐漸加入到反應容器中，使Ni(OH)2晶粒表面形成梯度包覆的X(OH)y層，反應3小時～3天；c、將由表面梯度包覆X(OH)y的摻雜Ni(OH)2與LiOH按照摩爾比為Ni/X∶Li＝(1.0～1.15)∶1的比例混合、研勻、燒結、再研磨，得到最終產品，所得產品的化學式為LiNi1-a-bXaMbO2，其中a＝0～0.4、b＝0～0.1，M為摻雜離子。所述X為Co、Mg、Ti、Zr、Al或B；所述摻雜離子為Co2+、Zn2+、Mg2+、Mn2+、Al3+和NH+4中的一種或幾種；所述摻雜離子為Ni2+重量的1～40％。
具體實施例方式
二本實施方式是這樣實現的a、向反應容器中加入含有摻雜離子的NiSO4溶液和NH3·H2O與NaOH混合溶液，反應2小時～2天，其中pH值為11.20±0.05、溫度為57±0.5℃、NiSO4溶液濃度為1.5mol/L，摻雜離子為Ni2+重量的2～5％；b、當Ni(OH)2晶粒的粒徑為100mm～20μm時，此時剩餘NiSO4溶液的體積為初始體積的10～40％時，向剩餘NiSO4溶液逐漸加入1.5mol/L CoSO4溶液，同時將混合溶液逐漸加入到反應容器中，使Ni(OH)2晶粒表面形成梯度包覆的Co(OH)2層，反應3小時～3天；c、將由表面梯度包覆Co(OH)2的摻雜Ni(OH)2與LiOH按照摩爾比為Ni/Co∶Li＝(1.0～1.15)∶1的比例混合、研勻、燒結、再研磨，得到最終產品，所得產品的化學式為LiNi1-a-bCoaMbO2，其中a＝0～0.4、b＝0～0.1，M為摻雜離子。本發明製備前驅物[Ni1-a-bCoaMb(HO)2]使用共沉澱法，對LiNiO2進行摻雜，然後在其表面梯度包覆一層LiCoO2，該包覆層是梯度包覆，可大大提高LiNiO2材料的循環性能。
具體實施例方式
三本實施方式是這樣實現的a、向反應容器中加入含有Co2+的NiSO4溶液和NH3·H2O與NaOH混合溶液，反應2小時～2天，其中pH值為11.20±0.05、溫度為57±0.5℃、NiSO4溶液濃度為1.5mol/L；b、當剩餘NiSO4溶液的體積為初始體積的10～40％時，向剩餘NiSO4溶液逐漸加入1.5mol/LMgSO4溶液，同時將混合溶液逐漸加入到反應容器中，使Ni(OH)2晶粒表面形成梯度包覆的Mg(OH)2層，反應3小時～3天；c、將由表面梯度包覆Mg(OH)2的摻雜Ni(OH)2與LiOH按照摩爾比為Ni/Co∶Li＝(1.0～1.15)∶1的比例混合、研勻、燒結、研磨，得到最終產品，所得產品的化學式為LiNi1-a-bMgaCobO2，其中a＝0～0.4、b＝0～0.1。
具體實施例方式
四本實施方式是這樣實現的a、向反應容器中加入含有Co2+的NiSO4溶液和NH3·H2O與NaOH混合溶液，反應2小時～2天，其中pH值為11.20±0.05、溫度為57±0.5℃、NiSO4溶液濃度為1.5mol/L；b、當剩餘NiSO4溶液的體積為初始體積的10～40％時，向剩餘NiSO4溶液逐漸加入1.5mol/LAl2(SO4)3溶液，同時將混合溶液逐漸加入到反應容器中，使Ni(OH)2晶粒表面形成梯度包覆的Al(OH)3層，反應3小時～3天；c、將由表面梯度包覆Al(OH)3的摻雜Ni(OH)2與LiOH按照摩爾比為Ni/Al∶Li＝(1.0～1.15)∶1的比例混合、研勻、燒結，得到最終產品，所得產品的化學式為LiNi1-a-bAlaMbO2，其中a＝0～0.4、b＝0～0.1，M為Co2+。
權利要求
1.一種梯度包覆LiNiO2鋰離子電池正極材料的製備方法，其特徵在於它是這樣實現的a、向反應容器中加入含有摻雜離子的NiSO4溶液和NH3·H2O與NaOH混合溶液，反應2小時～2天，其中pH值為9.5～12.5、溫度為40～70℃、NiSO4溶液濃度為0.5～2.5mol/L；b、當剩餘NiSO4溶液的體積為初始體積的10～40％時，向剩餘NiSO4溶液逐漸加入0.5～2.5mol/LX2(SO4)y溶液，同時將混合溶液逐漸加入到反應容器中，使Ni(OH)2晶粒表面形成梯度包覆的X(OH)y層，反應3小時～3天；c、將由表面梯度包覆X(OH)y的摻雜Ni(OH)2與LiOH按照摩爾比為Ni/X∶Li＝(1.0～1.15)∶1的比例混合、研勻、燒結、再研磨，得到最終產品。
2.根據權利要求1所述的一種梯度包覆LiNiO2鋰離子電池正極材料的製備方法，其特徵在於所述X為Co、Mg、Ti、Zr、Al或B。
3.根據權利要求1所述的一種梯度包覆LiNiO2鋰離子電池正極材料的製備方法，其特徵在於所述摻雜離子為Co2+、Zn2+、Mg2+、Mn2+、Al3+和NH+4中的一種或幾種。
4.根據權利要求1或3所述的一種梯度包覆LiNiO2鋰離子電池正極材料的製備方法，其特徵在於所述摻雜離子為Ni2+重量的1～40％。
全文摘要
一種梯度包覆LiNiO
文檔編號C01G53/00GK1599103SQ20041004377
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月4日 優先權日2004年8月4日
發明者顧大明, 史鵬飛, 王虹 申請人:哈爾濱工業大學