本發(fā)明屬于鋰離子電池，尤其是涉及一種基于脈沖磁場輔助的鋰離子三元正極材料ncm811的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋰離子三元正極材料作為一種新型清潔能源，憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命、低環(huán)境污染、幾乎沒有記憶效應(yīng)等優(yōu)勢，成為儲(chǔ)能電池和動(dòng)力電池的首要選擇，在汽車、手機(jī)、醫(yī)療、國防工業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，因此備受關(guān)注。

2、三元鎳鈷錳(ncm)正極材料依據(jù)元素比例大致可以分為以下三大類：等比例型三元正極材料，如lini1/3co1/3mn1/3o2(ncm?111)；中低ni型三元正極材料，如lini0.4co0.2mn0.4o2(ncm?424)、lini0.5co0.2mn0.3o2(ncm?523)；高ni型三元正極材料，如lini0.6co0.2mn0.2o2(ncm622)、lini0.8co0.1mn0.1o2(ncm?811)。由于正極材料中鎳鈷錳比例的不同，三元正極材料的性能也具有較大差距。目前雖然ncm523占據(jù)了主要市場，但提高電池能量密度是大勢所趨?，F(xiàn)階段提高電池能量密度的主流方式有兩種：一是通過提高工作電壓來提高電池密度；二是進(jìn)一步提高正極材料的鎳含量，制備更高鎳的三元材料。其中811型ncm的理論放電容量高達(dá)278mah·g-1，并且由于鈷含量的降低，其制造成本也得到下降，ncm811正極材料無疑是下一代正極材料的重要備選與研究熱點(diǎn)。

3、然而，ncm811正極材料因其高鎳特征，使得陽離子混排嚴(yán)重，在循環(huán)過程中易發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性、可逆性差，表面殘鋰和副反應(yīng)的發(fā)生更是加速了材料的電化學(xué)性能惡化，最終使得實(shí)際比容量與理論比容量相差較大，限制了該材料的大規(guī)模應(yīng)用。

4、為解決這些問題，科研人員們先后采用離子摻雜、表面包覆、特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改善制備工藝等方法對ncm811正極材料進(jìn)行改性。如cn117577828公開了一種長循環(huán)鋰電池正極材料及其制備方法，采用鎳、鈷和錳元素制備ncm811前驅(qū)體，并通過鈉離子和鎂離子的雙摻雜協(xié)同作用，結(jié)合聚苯胺包覆層和zif-67納米涂層，以提高電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。然而該制備方法復(fù)雜，需經(jīng)過鈉鎂離子雙摻雜、聚苯胺包覆和zif-67納米涂層包覆等諸多步驟才能實(shí)現(xiàn)正極材料循環(huán)穩(wěn)定性的提升，且實(shí)際放電比容量仍有一定的提升空間。

5、因此，為了進(jìn)一步提升ncm811正極材料的電化學(xué)性能，仍待開發(fā)一種制備工藝簡單的新型制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有ncm811正極材料制備中存在的制備工藝復(fù)雜、放電比容量仍有提升空間的缺陷而提供一種基于脈沖磁場輔助的鋰離子三元正極材料ncm811的制備方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明首先提供一種基于脈沖磁場輔助的鋰離子三元正極材料ncm811的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

4、s1、制備ncm811前驅(qū)體：向含有四水合乙酸鎳、四水合乙酸鈷以及四水合乙酸錳的混合溶液中加入碳酸鈉和十六烷基三甲基溴化銨，攪拌至溶解后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)并將反應(yīng)釜置于脈沖強(qiáng)磁場環(huán)境中，隨后進(jìn)行水熱反應(yīng)，分離得到ncm811前驅(qū)體；

5、其中，所述混合溶液中鎳、鈷和錳的摩爾比為8:1:1，所述脈沖強(qiáng)磁場的磁場強(qiáng)度為2-4t；

6、s2、ncm811鋰化燒結(jié)：將s1制得的ncm811前驅(qū)體與鋰鹽混合均勻后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，冷卻后即可制得ncm811三元正極材料。

7、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述碳酸鈉與ni、co、mn總摩爾量的比值為(1.05-1.2):1，優(yōu)選為1.05:1。

8、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述十六烷基三甲基溴化銨的摩爾量與ni、co、mn總摩爾量的比值為(0.01-0.03):1。

9、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為600-800rpm，優(yōu)選為700rpm；攪拌時(shí)的溫度為0-10℃。

10、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述脈沖強(qiáng)磁場的充磁脈沖間隔時(shí)間為15-25s，優(yōu)選為20s。

11、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述水熱反應(yīng)的溫度為150-200℃，優(yōu)選為180℃。

12、進(jìn)一步地，步驟s1中，水熱反應(yīng)的時(shí)間為6-10h，優(yōu)選為8h。

13、進(jìn)一步地，步驟s1中，所述分離的具體步驟為：待反應(yīng)釜冷卻至室溫后，取出反應(yīng)物，攪拌20-40min，抽濾并洗滌沉淀若干次；隨后將得到的沉淀物在70-90℃下烘干20-30h。

14、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述鋰鹽中l(wèi)i元素的摩爾量與ncm811前驅(qū)體中ni、co、mn總摩爾量的比例為(1.05-1.2):1。

15、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述鋰鹽為碳酸鋰、氫氧化鋰或醋酸鋰中的任一種或多種，優(yōu)選為碳酸鋰。

16、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述高溫?zé)Y(jié)先在450-550℃下保溫4-6h，隨后在750-850℃下保溫12-18h。

17、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述高溫?zé)Y(jié)在氧氣氛圍中進(jìn)行。

18、本發(fā)明還提供一種由上述制備方法制得的ncm811三元正極材料，該ncm811三元正極材料具有更良好的層狀結(jié)構(gòu)和更低的陽離子混排程度。

19、本發(fā)明將反應(yīng)釜置于脈沖強(qiáng)磁場中，脈沖強(qiáng)磁場為水熱體系提供了更多非接觸式能量，降低成核勢壘，促使更多晶核的形成，抑制了單個(gè)顆粒的過度生長，從而減少了一次顆粒的尺寸。前驅(qū)體顆粒具有尺寸更小且分布更均勻的特點(diǎn)，且鋰化燒結(jié)后保留前驅(qū)體顆粒的變化特征且趨于球形或規(guī)則多面體。較小的粒徑增加了有利于li+傳輸?shù)谋┞侗砻?，縮短了傳輸距離，提供了快速的li+傳輸通道；良好的層狀結(jié)構(gòu)以及低陽離子混排，緩解了li+位點(diǎn)被ni2+侵占，增加了初始放電比容量，減少了在充放電過程中，li+的傳輸阻力，緩解了電極極化程度，提高了材料的循環(huán)性能。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

21、(1)本發(fā)明通過脈沖強(qiáng)磁場下水熱法制備ncm811前驅(qū)體及ncm811前驅(qū)體鋰化燒結(jié)兩步的簡單工藝，即可成功制得具有良好層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、低陽離子混排程度、高循環(huán)穩(wěn)定性和高放電比容量的ncm811材料，顯著提升了鋰離子電池ncm811正極材料的電化學(xué)性能。

22、(2)本發(fā)明在水熱反應(yīng)中引入的脈沖強(qiáng)磁場為水熱體系提供了更多非接觸式能量，可精準(zhǔn)調(diào)控產(chǎn)物微觀形貌及尺寸，使前驅(qū)體顆粒具有尺寸更小且分布更均勻的特點(diǎn)，且鋰化燒結(jié)后保留了前驅(qū)體顆粒的變化特征。較小的粒徑增加了有利于li+傳輸?shù)谋┞侗砻?，縮短了傳輸距離，提供了快速的li+傳輸通道。

23、(3)本發(fā)明在水熱反應(yīng)中引入的脈沖強(qiáng)磁場可進(jìn)一步提高ncm811材料的層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并抑制ncm811正極材料li+/ni2+陽離子混排現(xiàn)象，緩解了li+位點(diǎn)被ni2+侵占，增加了初始放電比容量，減少了在充放電過程中l(wèi)i+的傳輸阻力，緩解了電極極化程度，進(jìn)而提高了材料的循環(huán)性能。

24、(4)本發(fā)明在ncm811正極材料的制備中，將強(qiáng)磁場與液相合成方法結(jié)合，強(qiáng)磁場的施加能加強(qiáng)溶液流動(dòng)和間接旋轉(zhuǎn)，促進(jìn)了溶液中各反應(yīng)物離子的運(yùn)動(dòng)和碰撞，進(jìn)而提高了反應(yīng)速率和反應(yīng)均勻性。