[發(fā)明專(zhuān)利]表面包覆的鋰離子電池正極材料前驅(qū)體及制備方法和應(yīng)用有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201210099387.1 | 申請(qǐng)日： | 2012-04-06 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN103367736A | 公開(kāi)（公告）日： | 2013-10-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 謝松;魯勇生;柳俊 | 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人： | 協(xié)鑫動(dòng)力新材料（鹽城）有限公司 |
| 主分類(lèi)號(hào)： | H01M4/505 | 分類(lèi)號(hào)： | H01M4/505;H01M4/525 |
| 代理公司： | 北京科龍寰宇知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11139 | 代理人： | 孫皓晨 |
| 地址： | 224007 江蘇省鹽城市經(jīng)濟(jì)技術(shù)*** | 國(guó)省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 表面 鋰離子電池 正極 材料 前驅(qū) 制備 方法 應(yīng)用 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種表面包覆的復(fù)合多元鋰離子電池正極材料前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
鋰離子二次電池具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)和放電性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而成為各種便攜式電子產(chǎn)品的理想電源。傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料主要是以鈷酸鋰LiCoO2為主，但由于成本過(guò)高，安全性差等原因，鈷酸鋰材料無(wú)法滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能等領(lǐng)域的要求。而層狀結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳三元鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰Li(NixCoyMn1-x-y)02綜合了LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等材料的優(yōu)點(diǎn)，具有成本低、安全性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為一種被認(rèn)為可以廣泛替代鈷酸鋰的正極材料。經(jīng)過(guò)改性后，在電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能等領(lǐng)域也有著廣闊的市場(chǎng)前景。鑒于三元材料所具有的巨大市場(chǎng)潛力，針對(duì)該材料進(jìn)行的研究已經(jīng)成為目前正極材料研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。
傳統(tǒng)的固相反應(yīng)工藝制備不出電化學(xué)性能良好的三元材料，目前主要是通過(guò)共沉淀法先制備氫氧化物前驅(qū)體，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，在堿性環(huán)境下通過(guò)控制反應(yīng)條件、反應(yīng)速率，獲得球形鎳鈷錳氫氧化物前驅(qū)體，其中鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。然后將前驅(qū)體與鋰鹽混合后燒結(jié)得到三元材料。
與傳統(tǒng)材料相比，雖然三元材料具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，但三元材料的性能依然有進(jìn)一步提升的空間。比如通過(guò)表面包覆，可以將正極材料與電解液隔開(kāi)，減少副反應(yīng)，抑制金屬離子的溶解，減少反復(fù)充放電過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)的坍塌，從而優(yōu)化材料的循環(huán)性能、安全性能和倍率性能。
發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種表面包覆復(fù)合多元鋰離子電池正極材料前驅(qū)體及由該前驅(qū)體得到的正極材料，本發(fā)明還涉及它們的制備方法。
本發(fā)明一種表面包覆的復(fù)合多元鋰離子電池正極材料前驅(qū)體，具有以下分子式組成：NixCoyMnzM1-x-y-z(OH)2，其中，0＜x＜0.8，0＜y＜0.5，0＜z＜0.5，M為包覆金屬離子，包括Al、Zn、Zr、Co、Ti、Sn、Mg等其中一種或幾種，所述前驅(qū)體由核心部分和包覆在核心表面的金屬離子納米顆粒層組成，所述金屬離子選自Al、Zn、Zr、Co、Ti、Sn、Mg等其中一種或幾種。
進(jìn)一步地，本發(fā)明的前驅(qū)體，其核心部分分子式組成為：NikConMn1-k-n(OH)2，其中，0＜k＜0.8，0＜n＜0.5。在前驅(qū)體核心外部通過(guò)以下方法在表面包覆一層納米顆粒。
本發(fā)明一種表面包覆復(fù)合多元鋰離子電池正極材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：
(1)將鎳、鈷、錳的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物在25-60℃下溶解在去離子水中配置成溶液A；其中，鎳、鈷、錳的加入比例根據(jù)核心部分各元素所占的摩爾比例計(jì)算得到。
(2)將NaOH溶解在去離子水中配置成濃度為8-12mol/L的溶液B；
(3)配置濃度在15-25wt％的氨水溶液C；
(4)配置濃度為5％-40wt％的包覆金屬離子硫酸鹽、硝酸鹽或氯化物去離子水溶液D；
(5)通過(guò)計(jì)量泵向反應(yīng)釜中加入溶液A、B和C，充分?jǐn)嚢瑁刂品磻?yīng)釜內(nèi)溶液溫度在40-70℃，pH值在9-12范圍內(nèi)，待通過(guò)共沉淀反應(yīng)獲得的沉淀物達(dá)到粒度為5-15微米后停止反應(yīng)，得到產(chǎn)物組成為NikConMn1-k-n(OH)2，其中，0＜k＜0.8，0＜n＜0.5，即前驅(qū)體的核心部分；
(6)將步驟(5)得到的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾后用去離子水洗滌直至pH值降到8-10；
(7)將步驟(6)得到的產(chǎn)品加入反應(yīng)釜中，通過(guò)計(jì)量泵向反應(yīng)釜中加入溶液B、C和D，充分?jǐn)嚢瑁刂品磻?yīng)釜內(nèi)溶液溫度在40-70℃，pH值在8-12范圍內(nèi)，反應(yīng)2-12h后停止反應(yīng)。
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