【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池，尤其是指一種高鎳無鈷正極材料及其制備方法與應用。
技術介紹
1、如今，由于傳統化石燃料的枯竭和對可再生能源的需求不斷增加，儲能設備發展迅速。特別是由于鋰離子電池(libs)的高能量密度和長循環壽命，成為大規模應用的關鍵因素，應用于各種產品，包括筆記本電腦、智能手機、ipad、相機和電動汽車。類分層結構lini1-x-ycoxmnyo2材料，作為陰極材料,得到深入研究和應用。
2、然而，由于鈷資源稀缺，且大規模鈷礦開采危害生態和自然環境，給電池制造商和用戶造成不便。當前的全球公司供應鏈是脆弱的。如果目前的正電極配方保持不變，電動汽車的產量預計將增加至少10倍。因此，為了降低總成本，應該降低占最大比例的陰極材料的成本。在目前三元材料的組分中，鈷的價格最高，波動也最大。鎳、錳和鋁更便宜。此外，鈷的成本顯著影響著電動汽車的技術策略、原材料成本和銷售價格。綜合考量下，鋰電池正極材料中鈷含量的降低有利于電動汽車的快速發展。
3、金屬氧化物作為一類極其重要的材料。不同的制備方法使金屬氧化物散裝和納米尺寸已成為一個重要的研究領域。金屬氧化物的制備方法有溶膠-凝膠法、水熱法、回流法、球磨法等。但以上各種方法都存在著較為明顯的局限性，如不適合大規模生產、昂貴、耗時、含有有毒物質等。除了這些限制外，上述所有制備方法均存在的一個問題是合成過程中均會對環境造成污染。在金屬氧化物制備實驗中，被污染的溶劑暴露在周圍環境中會產生環境污染。金屬氧化物被用于去除重金屬離子、染料降解、儲能裝置、太陽能電池等應用，制備
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種高鎳無鈷正極材料及其制備方法與應用。本專利技術所得高鎳無鈷正極材料以提升無鈷富鎳三元基正極材料的循環穩定性及其首次庫倫效率。
2、本專利技術的第一個目的在于提供一種高鎳無鈷正極材料，所述高鎳無鈷正極材料的化學通式為：lini1-x-yfexmnyo2-ce&cr@ceo2；所述高鎳無鈷正極材料包括摻雜有ce和cr元素的正極材料lini1-x-yfexmnyo2內核以及表面包覆的ceo2層；
3、其中，1-x-y>0.8，0.05≤x≤0.15，0.05≤y≤0.15；
4、ce和cr元素的摻雜濃度獨立地為0.5mol％～3mol％。
5、在本專利技術的一個實施例中，所述ce元素的摻雜濃度為1.5mol％～3mol％，cr元素的摻雜濃度為0.05mol％～1mol％。過量的ce元素的摻雜，會在顆粒的表面形成ceo2包覆層。
6、本專利技術的第二個目的在于提供一種高鎳無鈷正極材料的制備方法，包括以下步驟：
7、提供金屬鹽水溶液，所述金屬鹽水溶液中的金屬鹽包括鋰鹽、鎳鹽、鐵鹽、錳鹽；
8、提供鈰鹽水溶液、鉻鹽水溶液；
9、將鈰鹽水溶液、鉻鹽水溶液加入金屬鹽水溶液中，混合均勻，得到混合鹽溶液；
10、將酸加入混合鹽溶液中，得到混合溶液；
11、將所得混合溶液進行超聲震蕩，加熱形成流變體，形成粘稠狀的漿料；
12、將所得粘稠狀的漿料進行煅燒，得到表面包覆ceo2層的正極材料。
13、在本專利技術的一個實施例中，所述鋰鹽、鎳鹽、鐵鹽、錳鹽、鈰鹽水溶液中鈰鹽、鉻鹽水溶液中的鉻鹽獨立地為乙酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或多種。
14、在本專利技術的一個實施例中，所述酸選自醋酸和/或磷酸。主要起到分散劑的作用，使得金屬離子之間能夠更充分地分散混合。
15、在本專利技術的一個實施例中，所述酸的濃度為40wt％～80wt％。
16、在本專利技術的一個實施例中，所述加熱的溫度為60～90℃，時間為4～8h。
17、在本專利技術的一個實施例中，所述煅燒的溫度為720～780℃，時間為12～16h，升溫速率為2～6℃/min。
18、在本專利技術的一個實施例中，所述高鎳無鈷正極材料還包括粉碎過篩處理，過篩的篩目為300～400目。
19、本專利技術的第三個目的在于提供一種正極片，包括所述高鎳無鈷正極材料、上述的制備方法所得高鎳無鈷正極材料。
20、本專利技術的第四個目的在于提供一種鋰離子電池，包括上述正極片。
21、本專利技術的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：
22、與現有摻雜無鈷高鎳三元材料相比，本專利技術提供了一步煅燒工藝合成了ce、cr共摻雜和ceo2包覆的高鎳無鈷正極材料。結合了ce4+、cr3+摻雜和ceo2包覆層來優化材料整體性能。內表面的ce4+、cr3+摻雜可以使ni2+轉化為ni3+，降低li+/ni2+離子的混合，形成強的ce-o鍵，增加材料整體的熱穩定性。過量的ce4+在正極材料表面包覆會形成ceo2層可以避免電池在工作時，其正極受到電解液侵蝕，進而保證電池整體的電性能。作為鋰離子電池正極材料，表現出了很好的容量穩定性和優異的倍率性能。
23、本專利技術通過簡單的混合-加熱-燒結工藝實現，制備工藝比較簡單，可控性強，無需先進儀器，成本低廉，適合工業化生產。
24、本專利技術制得的無鈷正極材料應用于鋰離子電池領域，增強了鋰離子儲存能力和結構穩定性，減輕了過渡金屬元素溶解，降低了材料內部極化電阻。表現出了優異的循環穩定性能。
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1.一種高鎳無鈷正極材料，其特征在于，所述高鎳無鈷正極材料的化學通式為：LiNi1-x-yFexMnyO2-Ce&Cr@CeO2；所述高鎳無鈷正極材料包括摻雜有Ce和Cr元素的正極材料LiNi1-x-yFexMnyO2內核以及表面包覆的CeO2層；
2.根據權利要求1所述的高鎳無鈷正極材料，其特征在于，Ce元素的摻雜濃度為1.5mol％～3mol％，Cr元素的摻雜濃度為0.05mol％～1mol％。
3.一種高鎳無鈷正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的高鎳無鈷正極材料的制備方法，其特征在于，所述鋰鹽、鎳鹽、鐵鹽、錳鹽、鈰鹽、鉻鹽獨立地為乙酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或多種。
5.根據權利要求3所述的高鎳無鈷正極材料的制備方法，其特征在于，所述醋酸的濃度為40wt％～80wt％。
6.根據權利要求3所述的高鎳無鈷正極材料的制備方法，其特征在于，所述加熱的溫度為60～90℃，時間為4～8h。
7.根據權利要求3所述的高鎳無鈷正極材料的制備方法，其特征在于，所述煅燒的溫度
8.根據權利要求3所述的高鎳無鈷正極材料的制備方法，其特征在于，所述正極材料還包括粉碎過篩處理，過篩的篩目為300～400目。
9.一種正極片，其特征在于，所述正極片包括權利要求1或2中所述高鎳無鈷正極材料、權利要求3-7中任一項所述的制備方法所得高鎳無鈷正極材料。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權利要求9所述正極片。
...【技術特征摘要】
1.一種高鎳無鈷正極材料，其特征在于，所述高鎳無鈷正極材料的化學通式為：lini1-x-yfexmnyo2-ce&cr@ceo2；所述高鎳無鈷正極材料包括摻雜有ce和cr元素的正極材料lini1-x-yfexmnyo2內核以及表面包覆的ceo2層；
2.根據權利要求1所述的高鎳無鈷正極材料，其特征在于，ce元素的摻雜濃度為1.5mol％～3mol％，cr元素的摻雜濃度為0.05mol％～1mol％。
3.一種高鎳無鈷正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的高鎳無鈷正極材料的制備方法，其特征在于，所述鋰鹽、鎳鹽、鐵鹽、錳鹽、鈰鹽、鉻鹽獨立地為乙酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或多種。
5.根據權利要求3所述的高鎳無鈷正極材料...
【專利技術屬性】
技術研發人員：江柯成，邵善德，張業瓊，
申請(專利權)人：江蘇正力新能電池技術有限公司，
類型：發明
國別省市：
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