本发明属于电池领域，具体涉及一种al掺杂高镍三元材料及其制备方法和应用。
背景技术：
锂离子电池具有高容量、高工作电位、低污染及无记忆相应等优点而受到人们关注。目前锂离子电池已在便携式数码电子产品上得到了广泛应用，然而进一步提高电池能量密度以满足人们日益增长的需求是锂离子电池发展的重要趋势。高镍三元材料由于其可逆容量高达200mah/g，被认为是一种理想的高能量密度锂离子电池正极材料。然而，高镍三元材料的实际应用依然面对巨大挑战，材料中ni2 与li 的半径比较接近，因此材料在嵌脱锂过程中容易出现ni/li混排的现象，即li的位置被ni占据，从而造成电池容量衰减。高镍三元材料在4.1v左右会发生h2-h3的相转变，此过程伴随着晶格氧气析出，进一步造成电解液氧化和过渡金属溶出(比如ni)，这对材料循环稳定性产生了较大的影响。
技术实现要素：
基于高镍三元材料在实际应用中存在的材料晶格氧气析出的问题以及ni/li离子混排现象，本发明的目的是为了提供一种能够解决高镍三元材料晶格氧气析出与离子混排的al掺杂制备方法，具体通过以下技术方案实现：
一种al掺杂高镍三元材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将ni源、co源、mn源和al源混合于水中得到预混液，在ph＝11～12的条件下搅拌1～3h，静置3～5min，过滤、干燥，得到前驱体；其中，ni：co：(mn al)的摩尔比为8:1:1；
步骤二、将所述前驱体与li源混合于乙醇中，搅拌4～6h，过滤、干燥，得到中间产物；将中间产物置于氧气氛围下，在400～500℃的条件下加热3～7h，然后在740～760℃的条件下加热13～17h，制得所述al掺杂高镍三元材料；其中，li：(ni co mn al)的摩尔比为1.05:1。
优选的，所述li源、所述ni源、所述mn源、所述co源和所述al源的纯度均大于98％。
优选的，所述ni源、所述mn源、所述co源和所述al源均为盐酸盐、硫酸盐和硝酸盐中的一种；所述li源为氢氧化锂。
优选的，上述步骤一中，采用氢氧化钠溶液和氨水的混合溶液将所述预混液的ph调节至11～12。
优选的，所述混合溶液中，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/l，氨水的浓度为0.5mol/l。
优选的，上述步骤一和步骤二中的干燥温度为50～70℃，干燥时间为11～13h。
根据上述制备方法制得的al掺杂高镍三元材料，其分子式为lini0.8co0.1mn0.1-xalxo2，x为大于0且不大于0.05的自然数，制得的al掺杂高镍三元材料在锂离子电池中具有较大的应用前景。
本发明的有益效果为：本发明制备方法简单易行，通过掺入al离子可以减少ni/li混排，够提高材料中ni-o键的稳定性，减少ni元素溶解，也有助于减少循环过程中材料晶格中氧气析出，进而改善材料的电化学性能，能够大幅应用在锂离子电池领域中。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
al掺杂高镍三元正极材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一、ni0.8co0.1mn0.05al0.05(oh)2前驱体的制备：按照摩尔比ni：co：(mn al)为8:1:1(其中mn：al＝1:1)的比例称量ni(no3)2、co(no3)2、mn(no3)2、al(no3)3作为原料，然后将上述原料加入至去离子水中混合，制得预混液，采用naoh溶液和氨水调节预混液的ph值至11～12之间，持续搅拌3h，待静止3～5min沉淀后，过滤清洗，取滤渣在鼓风干燥箱下干燥12h，干燥温度为60℃，最后得到ni0.8co0.1mn0.05al0.05(oh)2前驱体。
步骤二、lini0.8co0.1mn0.05al0.05o2的制备：按照li与ni co mn al的摩尔比为1.05:1的比例将锂源与步骤一制得的ni0.8co0.1mn0.05al0.05(oh)2前驱体共同加入至乙醇中分散混合，持续搅拌4h，然后过滤，取滤渣进行干燥，随后置于通有氧气的管式炉中，在450℃的条件下烧结5h，然后在750℃的条件下烧结15h，得到最终产物lini0.8co0.1mn0.05al0.05o2。
实施例2：
al掺杂高镍三元正极材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一、ni0.8co0.1mn0.06al0.04(oh)2前驱体的制备：按照摩尔比ni：co：(mn al)为8:1:1(其中mn：al＝3:2)的比例称量ni(no3)2、co(no3)2、mn(no3)2、al(no3)3作为原料，然后将上述原料加入至去离子水中混合，制得预混液，采用naoh溶液和氨水调节预混液的ph值至11～12之间，持续搅拌2h，待静止3～5min沉淀后，过滤清洗，取滤渣在鼓风干燥箱下干燥12h，干燥温度为60℃，最后得到ni0.8co0.1mn0.06al0.04(oh)2前驱体。
步骤二、lini0.8co0.1mn0.06al0.04o2的制备：按照li与ni co mn al的摩尔比为1.05:1的比例将锂源与步骤一制得的ni0.8co0.1mn0.06al0.04(oh)2前驱体共同加入至乙醇中分散混合，持续搅拌5h，然后过滤，取滤渣进行干燥，随后置于通有氧气的管式炉中，在450℃的条件下烧结7h，然后在740℃的条件下烧结16h，得到最终产物lini0.8co0.1mn0.06al0.04o2。
实施例3：
al掺杂高镍三元正极材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤一、ni0.8co0.1mn0.07al0.03(oh)2前驱体的制备：按照摩尔比ni：co：(mn al)为8:1:1(其中mn：al＝7:3)的比例称量ni(no3)2、co(no3)2、mn(no3)2、al(no3)3作为原料，然后将上述原料加入至去离子水中混合，制得预混液，采用naoh溶液和氨水调节预混液的ph值至11～12之间，持续搅拌1h，待静止3～5min沉淀后，过滤清洗，取滤渣在鼓风干燥箱下干燥12h，干燥温度为60℃，最后得到ni0.8co0.1mn0.07al0.03(oh)2前驱体。
步骤二、lini0.8co0.1mn0.07al0.03o2的制备：按照li与ni co mn al的摩尔比为1.05:1的比例将锂源与步骤一制得的ni0.8co0.1mn0.07al0.03(oh)2前驱体共同加入至乙醇中分散混合，持续搅拌6h，然后过滤，取滤渣进行干燥，随后置于通有氧气的管式炉中，在450℃的条件下烧结3h，然后在760℃的条件下烧结13h，得到最终产物lini0.8co0.1mn0.07al0.03o2。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
1.一种al掺杂高镍三元材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将ni源、co源、mn源和al源混合于水中得到预混液，在ph＝11～12的条件下搅拌1～3h，静置3～5min，过滤、干燥，得到前驱体；其中，ni：co：(mn al)的摩尔比为8:1:1；
步骤二、将所述前驱体与li源混合于乙醇中，搅拌4～6h，过滤、干燥，得到中间产物；将中间产物置于氧气氛围下，在400～500℃的条件下加热3～7h，然后在740～760℃的条件下加热13～17h，制得所述al掺杂高镍三元材料；其中，li：(ni co mn al)的摩尔比为1.05:1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述li源、所述ni源、所述mn源、所述co源和所述al源的纯度均大于98％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ni源、所述mn源、所述co源和所述al源均为盐酸盐、硫酸盐和硝酸盐中的一种；所述li源为氢氧化锂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，采用氢氧化钠溶液和氨水的混合溶液将所述预混液的ph调节至11～12。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，氢氧化钠溶液的浓度为2mol/l，氨水的浓度为0.5mol/l。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二中的干燥温度为50～70℃，干燥时间为11～13h。
7.一种al掺杂高镍三元材料，其特征在于，由权利要求1至6任一项所述的制备方法制得，分子式为lini0.8co0.1mn0.1-xalxo2，x为大于0且不大于0.05的自然数。
8.权利要求7所述的al掺杂高镍三元材料在锂离子电池中的应用。
技术总结