[发明专利]一种无钴高镍三元正极材料及其制备方法

说明书

一种无钴高镍三元正极材料及其制备方法。本发明正极材料的化学式为Li[Ni_xFe_yAl_1‑x‑y]O₂，其中x、y为摩尔数，0.8≤x＜1，0＜y＜0.2。本发明方式包含以下步骤：按化学计量比称取可溶性镍盐、铁盐、铝盐以及锂盐共同溶解于一定量去离子水中，均匀搅拌溶解后得到溶液A；称取适量的柠檬酸、乙二醇溶于无水乙醇中，均匀搅拌溶解后得到溶液B；将溶液A加入到溶液B中搅拌均匀得到溶液C；将溶液C放入恒温水浴锅中在一定温度下持续加热搅拌，直至液体形成“果冻状”凝胶；将所得凝胶移入烘箱内，充分烘干水分；烘干凝胶后加入分散剂进行机械活化；随后将烘干后的粉料进行研磨过筛，并在指定温度下焙烧一段时间，即得Li[Ni_xFe_yAl_1‑x‑y]O₂正极材料。本发明所制备的NFA正极材料具有较好的晶体结构，以其作为正极材料制得的电池具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种无钴高镍三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是智能便携式电子产品和电动汽车(EV)的重要组成部分。然而，正极材料作为锂离子电池的关键组分，从首次商业化应用的钴酸锂(LiCoO₂)到今天的镍钴锰酸锂(NCM)以及镍钴铝酸锂(NCA)，大多数研究和应用都集中在含钴材料上。虽然这些材料主要是通过Ni的氧化还原反应提供较高的容量，但其中所含的钴元素能够提高晶体导电性并稳定材料层状结构，对正极材料电化学稳定性有着至关重要的作用。然而对于电池制造商而言，全球范围内钴资源稀缺、价格昂贵，占材料总成本的60％，并且钴的价格一直处于不断波动的状态，在过去的几年中几乎翻了三倍。因此，人们对于无钴高镍材料的探索从未止步。

镍酸锂正极材料(LiNiO₂)具有较高的容量，但其结构和电化学性能不够稳定。可以通过使用较低成本且环境友好的元素(例如铁和铝)取代一些镍，以改善材料晶体结构稳定性并进一步降低其成本。掺入具有与Ni相似离子半径的少量三价Al和Fe(Al³⁺为Fe³⁺为而Ni³⁺为)对其充放电过程中的循环稳定性及倍率性能具有显著的改善作用。

因此，本发明通过使用少量Fe和Al取代部分Ni，开发了一种具有高循环稳定性的新型正极材料Li[Ni_xFe_yAl_1-x-y]O₂。该制备方法操作方便、工艺简单，适用于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种无钴高镍三元正极材料及其制备方法。本发明正极材料组装的电池具有优异的循环稳定性以及良好的耐高压性能；本发明制备方法简单合理，成本较低。

本发明采用以下技术方案：

一种无钴高镍三元正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学式为Li[Ni_xFe_yAl_1-x-y]O₂，x、y为摩尔数，其中，0.8≤x＜1，0＜y＜0.2。

一种基于上述的无钴高镍三元正极材料及其制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)按摩尔比称取可溶性锂盐、镍盐、铁盐、铝盐溶解于去离子水中，磁力搅拌，使得无机盐完全溶解得到混合盐溶液A。其中锂离子、镍离子、铁离子、铝离子的摩尔比为(100+x)：(80-90)：(5-10)：(5-10)，x＝0-15；

(2)称取适量的柠檬酸溶于无水乙醇中充分搅拌得到溶液B；

(3)将溶液A加入到溶液B中搅拌均匀得到溶液C；

(4)将溶液C放入水浴锅中在60-80℃下持续加热搅拌3-5h，直至液体形成“果冻状”凝胶；