[發明專利]一種鈷鋁酸鋰包覆鎳酸鋰電極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110305348.8
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN102354750A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 楊文勝;王茹英;毛沖
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/1391
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種鈷鋁酸鋰包覆鎳酸鋰電極材料及其制備方法。

背景技術

層狀鎳酸鋰作為鋰離子電池正極材料，其理論比容量為274mAh·g^-1，實際比容量可以達到180mAh·g^-1以上，遠高于目前商業化鈷酸鋰材料140mAh·g^-1的比容量，具有比容量高，價格低等優點。但鎳離子容易進入鋰離子層，發生鋰、鎳陽離子混排，導致電化學性能降低，這使鎳酸鋰的制備條件苛刻，重現性差；此外，鎳酸鋰還存在結構穩定差，易與電解液發生化學反應等問題，導致鎳酸鋰電化學循環性能差。目前改善鎳酸鋰的電化學性能主要采用摻雜和包覆兩種手段。

在文獻(1)Journal?of?Power?Sources，2001，99：78-84中，Jierong?Ying等人采用鈷元素摻雜方式制備了LiNi_0.8Co_0.2O₂電極材料，該電極材料在電流密度為0.5mA·cm^-2，充放電電壓范圍為3.0-4.3V的測試條件下表現出良好的電化學循環性能，但其首次放電比容量僅為172mAh·g^-1。

在文獻(2)Electrochemical?and?Solid-State?Letters，2001，4(10)：A159-A161中，Jaephil?Cho等人采用溶膠-凝膠方法制備了ZrO₂包覆LiNiO₂電極材料，該電極材料在充放電電壓范圍為2.75-4.3V，充放電倍率為0.2C的測試條件下表現出良好的電化學循環性能，首次放電比容量為190mAh·g^-1，但較LiNiO₂電極材料200mAh·g^-1的比容量降低了10mAh·g^-1。

總之，采用摻雜或包覆方式對鎳酸鋰材料進行改性，通常會造成初始比容量的降低，喪失了鎳酸鋰高比容量的特性。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈷鋁酸鋰包覆鎳酸鋰電極材料及其制備方法，在保持鎳酸鋰高比容量特性的同時，改善其電化學循環性能和倍率性能。

本發明鈷鋁酸鋰包覆鎳酸鋰電極材料具有以鈷鋁酸鋰LiCo_0.75Al_0.25O₂為殼-鎳酸鋰LiNiO₂為核的核殼結構，其化學組成可以描述為xLiCo_0.75Al_0.25O₂·(1-x)LiNiO₂，其中，x為LiCo_0.75Al_0.25O₂占電極材料的物質的量分數，x的取值范圍為0.08-0.12。

先在球形鎳酸鋰表面包覆一層鈷鋁水滑石，然后與鋰源材料均勻混合，在氧氣氣氛下經兩次煅燒可以得到本發明鈷鋁酸鋰包覆鎳酸鋰電極材料。具體工藝包括如下步驟：

(1)按照Li∶Ni∶Co∶Al∶Na摩爾數為1∶0.88-0.92∶0.06-0.09∶0.02-0.03∶0.16-0.24的物質的量比例關系分別稱取相應質量的鋰源材料、球形氫氧化鎳、鈷源材料、鋁源材料和氫氧化鈉。

(2)將上述第(1)步稱取的球形氫氧化鎳加入盛有去離子水的反應容器中，去離子水的質量為球形氫氧化鎳質量的5-10倍，機械攪拌混合均勻作為反應底液；將上述第(1)步稱取的鈷源材料和鋁源材料溶于去離子水配制混合鹽溶液，鈷和鋁金屬離子總的濃度為1.0-2.0mol·L^-1；將上述第(1)步稱取的氫氧化鈉溶于去離子水，配制濃度為2.0-4.0mol·L^-1的氫氧化鈉水溶液；機械攪拌下，同時將上述混合鹽溶液、氫氧化鈉水溶液這兩種溶液滴加到反應底液中，控制反應體系的pH值為10.5-11.5；滴加完成后，繼續攪拌2-5小時后過濾，用去離子水洗滌濾餅至濾液的pH值為7-7.5，抽濾后得到的濾餅在80-150℃干燥4-24小時，得到鈷鋁水滑石包覆氫氧化鎳的前驅體；