【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池，尤其涉及一種兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料及制備方法。
技術介紹
1、鋰離子電池具有高工作電壓、高能量/體積密度、無記憶效應、自放電少等優(yōu)點，已廣泛應用于消費類電子產品、電動汽車及儲能等領域。正極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵材料之一。憑借高比能量的優(yōu)勢，高鎳氧化物正極材料(linixmyo2，其中，x+y＝1，0.8≤x＜1，m為co、mn、al、zr、w、sb、ta、ti中的一種或多種)，已經廣泛應用于追求高能量密度的動力鋰離子電池中。
2、目前，高鎳氧化物正極材料大多為層狀結構，屬于r-3m空間群。其中，氧原子為立方密堆積，占據6c位；鋰離子與過渡金屬離子交替占據3a、3b位的氧八面體空隙，呈現鋰層、過渡金屬層交替堆疊的層狀結構。
3、目前，高鎳氧化物正極材料主要采用共沉淀-高溫固相法進行制備。首先，將過渡金屬鹽溶液與堿液、絡合劑進行共沉淀反應，制備氫氧化物前驅體；然后，將氫氧化物前驅體與鋰鹽進行高溫固相煅燒，制得最終的高鎳氧化物正極材料。
4、通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：
5、(1)層狀結構的高鎳氧化物正極材料的結構穩(wěn)定性較差
6、一方面，層狀結構材料在高電位充電過程中會經歷h2-h3相變，c軸急劇收縮引起晶胞體積的劇烈變化，影響材料的機械穩(wěn)定性；另一方面，由于ni4+-o鍵的高反應活性和熱力學不穩(wěn)定性，層狀結構材料在高電位下易自發(fā)還原(ni4+/ni2+)或與電解液發(fā)生界面副反應，同時伴隨著氧釋放和不可逆相變(層狀-尖晶石相
7、(2)現有的共沉淀-高溫固相法存在耗時長、成本高、一致性差等問題
8、一方面，共沉淀-高溫固相法的制備工序復雜，耗時較長、成本高；另一方面，影響反應過程的參數繁多(如溶液濃度、進料速率、共沉淀溫度、共沉淀ph值、共沉淀氣氛、共沉淀轉速、煅燒溫度、升溫速率、煅燒氣氛等)，控制要求嚴格，導致組分分布和形貌粒徑的一致性較差。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的問題，本專利技術提供了一種兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料、制備方法。
2、本專利技術是這樣實現的，一種兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法包括：
3、步驟1，配制反應溶液：將li源、ni源、m源、有機絡合助劑、反應調控助劑溶于去離子水中，配制反應溶液；
4、步驟2，將上述反應溶液霧化成納米霧滴，隨載氣進入熱解反應器，在極短時間內發(fā)生蒸發(fā)、干燥、沉積、熱解等一系列反應過程，最后在尾端收集得到兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料。
5、進一步，所述高鎳氧化物正極材料：
6、(1)材料的化學通式為linixmyo2，其中，x+y＝1，0.8≤x<1，m為co、mn、al、zr、w、sb、ta、ti中的一種或多種；
7、(2)材料為納米顆粒，平均粒徑范圍為50<d50<150nm；
8、(3)材料為層狀結構和尖晶石結構的兩相共生結構，其中，以尖晶石結構區(qū)域的鋸齒狀末端為連接點，層狀結構之間相互楔入；
9、(4)其中，尖晶石結構屬于fd-3m空間群，氧原子為面心立方密堆積，過渡金屬離子占據1/2的氧八面體空隙，鋰離子占據1/8的氧四面體空隙。
10、進一步，所述li源為li的羧酸鹽、硝酸鹽、氯化物中的一種或多種，li與ni、m元素總量的摩爾比為1.0-1.1:1。
11、其中，ni源、m源分別為ni、m的羧酸鹽、硝酸鹽、氯化物中的一種或多種，ni、m離子在反應溶液中的總濃度為1-15mol/l。
12、其中，有機絡合助劑為檸檬酸、尿素中的一種或多種，有機絡合助劑與ni、m元素總量的摩爾比為0.3-0.7:1。
13、其中，反應調控助劑為氨水、硫酸鋰中的一種或多種，反應調控助劑與ni、m元素總量的摩爾比為0.01-0.10:1。
14、進一步，所述納米霧滴的平均粒徑控制在70<d50<200nm。
15、進一步，所述熱解反應器為雙溫區(qū)控制，前端溫區(qū)的溫度控制為150-250℃，后端溫區(qū)的溫度控制為600-1000℃；
16、所述納米霧滴在熱解反應器中的停留時間為30-120s；
17、所述載氣為含氧氣氛，氧氣的含量為20-100％。
18、本專利技術的另一目的在于提供一種鋰離子電池包含所述的兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料。
19、本專利技術的另一目的在于提供一種兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備系統(tǒng)包括：
20、配制模塊，用于配制反應溶液：將li源、ni源、m源、有機絡合助劑、反應調控助劑溶于去離子水中，配制反應溶液；
21、熱解模塊，用于將上述反應溶液霧化成納米霧滴，隨載氣進入熱解反應器，在極短時間內發(fā)生蒸發(fā)、干燥、沉積、熱解等一系列反應過程，最后在尾端收集得到兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料。
22、結合上述的技術方案和解決的技術問題，本專利技術所要保護的技術方案所具備的優(yōu)點及積極效果為：
23、第一、針對上述現有技術存在的技術問題，解決問題之后帶來的一些具備創(chuàng)造性的技術效果。具體描述如下：
24、1.獨特的兩相共生結構可以有效抑制充放電過程中晶胞體積的劇烈變化，提高材料的機械穩(wěn)定性；
25、2.通過預先、可控地構筑尖晶石結構，可以有效降低材料的反應活性、提高熱力學穩(wěn)定性，從而抑制不可控的界面副反應、氧釋放、不可逆相變；
26、3.納米化的顆粒形貌，可以實現更快速的鋰離子傳輸，提高材料的倍率性能；
27、4.一步噴霧熱解法的工藝過程簡單、反應迅速，無需復雜的共沉淀、過濾、洗滌、粉碎、煅燒等步驟，不產生廢水，可以大大提高生產效率、降低成本；
28、5.由于霧滴在快速的反應過程中來不及發(fā)生組分偏析，噴霧熱解法可以保證組分分布和形貌粒徑的一致性；
29、6.引入有機絡合助劑，不僅可以通過與金屬離子絡合來調控霧滴的黏度和表面張力，而且可以提供熱值來促進霧滴的均勻受熱，從而進一步改善材料的組分分布和形貌粒徑的一致性；
30、7.引入反應調控助劑，可以調控霧滴的表面沉淀反應與體相沉淀反應的優(yōu)先級，促進離子遷移以及類尖晶石結構的形成。
31、第二，本專利技術的技術方案轉化后的預期收益和商業(yè)價值為：
32、本專利技術的技術方案可實現高結構穩(wěn)定性的高鎳氧化物正極材料的低成本制造技術在國內外應用技術研究領域的突破，能為今后的產業(yè)化工作打下堅實的技術基礎，相關技術方案轉化后可形成對國內外儲能領域知名企業(yè)提供中等規(guī)模樣品的能力，推動國內高能量密度、高功率密度鋰離子電池的發(fā)展和進步。憑借結構穩(wěn)定性高、倍率性能好、比容量高、安全性能高、制造成本低等優(yōu)勢，相關產品有望在高能量密度電動汽車動力電池、5g基站備用電源、智能電網峰谷調荷、儲能電站本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料、制備方法包括以下步驟：
2.如權利要求1所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述高鎳氧化物正極材料：
3.如權利要求1所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述Li源為Li的羧酸鹽、硝酸鹽、氯化物中的一種或多種，Li與Ni、M元素總量的摩爾比為1.0-1.1:1；
4.如權利要求1所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述納米霧滴的平均粒徑控制在70<D50<200nm。
5.如權利要求1所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述熱解反應器為雙溫區(qū)控制，前端溫區(qū)的溫度控制為150-250℃，后端溫區(qū)的溫度控制為600-1000℃；
6.一種實施如權利要求1-5任意一項所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法的鋰離子電池，所述鋰離子電池包含第一、二方面所述的高鎳氧化物正極材料。
7.一種實施如權利要求1-6任意一項所
...【技術特征摘要】
1.一種兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料、制備方法包括以下步驟：
2.如權利要求1所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述高鎳氧化物正極材料：
3.如權利要求1所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述li源為li的羧酸鹽、硝酸鹽、氯化物中的一種或多種，li與ni、m元素總量的摩爾比為1.0-1.1:1；
4.如權利要求1所述兩相共生結構的高鎳氧化物正極材料制備方法，其特征在于，所述納米霧滴的平均粒徑控制在70<d50<...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李際洋，葛震，陳曦，賴浩然，張熙貴，吳孟強，李正偉，張洋，
申請(專利權)人：電子科技大學長三角研究院湖州，
類型：發(fā)明
國別省市：
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