一种无钴新型大倍率三元电池正极材料及其制备方法

本发明涉及一种无钴新型大倍率三元电池正极材料及其制备方法，属于锂电池。

背景技术：

1、正极材料是锂离子电池的重要组成部分，直接影响着锂离子电池的性能。其中，三元材料linixcoymn1−x−yo2(ncm)正极材料兼有传统的层状正极材料linio2、licoo2等优点，目前多用于商业锂离子电池中。提高正极材料中的镍含量可以进一步提升电池的能量密度，另外由于钴资源储量少、易对水体和土壤造成污染等问题，目前锂离子电池正朝着高镍低估、无钴的方向发展。然而镍含量的提高，容易导致材料的容量衰减严重和循环稳定性恶化。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术缺陷，提供一种无钴新型大倍率三元电池正极材料及其制备方法，能够在保证镍含量的前提下，避免材料的容量衰减严重和循环稳定性恶化。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种无钴新型大倍率三元电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s01，在三口烧瓶中加入1000ml去离子水，将三口烧瓶与冷凝管组装好，并将各接口处与端口处用保鲜膜密封，并向三口烧瓶中通入氮气，同时在冷凝管上方端口处的保鲜膜扎孔以便排除去离子水中的氧气，按照镍：铈：锰摩尔比为：90：5：5加入六水硝酸镍、六水硝酸铈、一水硫酸锰配制成盐溶液，并且向盐溶液中加入聚乙烯醇固体颗粒；

5、s02，进行持续加热搅拌，在金属盐颗粒完全溶于去离子水中后，一次性加入聚丙烯酰胺，然后将反应溶液用保鲜膜密封住，反应全程通入氮气，仅留冷凝管上方的小孔排气；

6、s03，将反应溶液转移到大烧杯后用保鲜膜密封住，静置沉淀一段时间后，对沉淀物进行过滤、离心和洗涤，干燥后，得到ni0.9ce0.05mn0.05(oh)2前驱体；

7、s04，将得到的ni0.9ce0.05mn0.05(oh)2前驱体进行预煅烧，冷却后与一水氢氧化锂按照摩尔比为1:1.08进行球磨混合，然后进行二次煅烧，一段时间后再进行通氧煅烧，最后冷却取出，进行过筛、研磨得到正极材料lini0.90ce0.05mn0.05o2。

8、s01中，盐溶液总浓度为50mmol/l，体积为1l，聚乙烯醇固体颗粒为聚乙烯醇1788型，质量为3g。

9、s02中，搅拌转速为500rpm，搅拌温度为120℃，搅拌反应时间为6h，聚丙烯酰胺加入量为50ml。

10、s03中，静置沉淀时间为12h，清洗包括两次去离子水清洗和两次酒精清洗。

11、s04中，预煅烧温度为300℃，时间为4h；二次煅烧温度为600℃，时间为6h；通氧煅烧温度为800℃，时间为25h。

12、一种无钴新型大倍率三元电池正极材料，由上述的制备方法制备得到。

13、本发明的有益效果：本发明提供的一种无钴新型大倍率三元电池正极材料及其制备方法，通过用稀土元素ce全部取代co，制备出一种新型三元正极材料lini0.90ce0.05mn0.05o2，从而减轻钴元素对环境的污染，另外，稀土元素ce相较co的价格更加便宜，能够降低成本，同时反应形成的ce-o化学键的强度更大，从而增强了正极材料在充放电过程中的结构稳定性，提高循环稳定性，并且铈离子的半径较大，可以扩大层间距，提高锂离子的扩散速率，从而改善其电化学性能，避免镍含量的提高导致的材料容量衰减严重问题；另外本发明分别使用聚丙烯酰胺为沉淀剂，聚乙烯醇作为分散剂，通过共沉淀法来制备前驱体。其中聚丙烯酰胺是一种线性高分子化合物，在高温下受热分解生成氨气，氨气遇水形成氨水，氨水水解提供oh-，提供一个稳定的碱性反应条件，从而加速粒子的聚沉，使沉淀析出，避免了沉淀不均匀和ph难易控制的情况；聚乙烯醇是一种水溶性聚合物表面活性剂，可以降低固体颗粒之间的表面张力，同时具备良好的亲水性和分散性，可以将固体颗粒分散在液体中，使其均匀分布。本发明使用聚丙烯酰胺和聚乙烯醇不仅可以提供一个稳定的碱性反应条件，还能使金属盐颗粒更好地分散在去离子水中形成絮状物，从而加快粒子的聚沉，有利于制备出颗粒分布致密均匀的前驱体，提高前驱体的质量，进而制备出电化学性能优异的正极材料；另外以此制备方法还会使反应过程中产生的废水更易处理，减少对环境的污染。

技术特征：

1.一种无钴新型大倍率三元电池正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种无钴新型大倍率三元电池正极材料的制备方法，其特征在于：s01中，盐溶液总浓度为50mmol/l，体积为1l，聚乙烯醇固体颗粒为聚乙烯醇1788型，质量为3g。

3.根据权利要求1所述的一种无钴新型大倍率三元电池正极材料的制备方法，其特征在于：s02中，搅拌转速为500rpm，搅拌温度为120℃，搅拌反应时间为6h，聚丙烯酰胺加入量为50ml。

4.根据权利要求1所述的一种无钴新型大倍率三元电池正极材料的制备方法，其特征在于：s03中，静置沉淀时间为12h，洗涤包括两次去离子水洗涤和两次酒精洗涤。

5.根据权利要求1所述的一种无钴新型大倍率三元电池正极材料的制备方法，其特征在于：s04中，预煅烧温度为300℃，时间为4h；二次煅烧温度为600℃，时间为6h；通氧煅烧温度为800℃，时间为25h。

6.一种无钴新型大倍率三元电池正极材料，其特征在于：由权利要求1到5任一所述的无钴新型大倍率三元电池正极材料的制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种无钴新型大倍率三元电池正极材料及其制备方法，所述方法包括以下步骤：在三口烧瓶中加入去离子水，按照镍：铈：锰摩尔比为：90：5：5将六水硝酸镍、六水硝酸铈、一水硫酸锰加入去离子水中配制成盐溶液，并且向盐溶液中加入聚乙烯醇固体；进行持续加热搅拌，待金属盐颗粒完全溶于去离子水中后，一次性加入聚丙烯酰胺；将反应溶液转移到大烧杯后用保鲜膜密封住，静置沉淀一段时间后，进行过滤、离心和洗涤，干燥后，得到Ni<subgt;0.9</subgt;Ce<subgt;0.05</subgt;Mn<subgt;0.05</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;前驱体；将前驱体进行预煅烧，冷却后与一水氢氧化锂按照摩尔比为1:1.08进行球磨混合，然后进行二次煅烧，之后再进行通氧煅烧，最后进行冷却、粉碎过筛和研磨处理。本发明提供的一种无钴新型大倍率三元电池正极材料及其制备方法，能够在保证镍含量的前提下，避免材料的容量衰减严重和循环稳定性恶化。

技术研发人员：王甲泰,范超,李园园,李健
受保护的技术使用者：青海师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17