[發(fā)明專利]一種二次鋰離子電池正極材料磷酸鎳鋰的原位碳包覆制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310279311.1
• 申請(qǐng)日: 2013-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN103337633A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹殿學(xué);張瑩;王貴領(lǐng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/583
• 分類號(hào): H01M4/583;H01M4/1397
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種二次鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

橄欖石型結(jié)構(gòu)的LiMPO₄（M=Fe,Co和Ni）材料是一種很有前景的鋰離子嵌入材料，已引起廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的金屬氧化物材料LiCoO₂、LiCo_xNi_yMn_zO₂(x+y+z=1)、LiMn₂O₄相比，LiMPO₄材料中PO₄^3-的誘導(dǎo)效應(yīng)提高了正極材料中氧化還原電對(duì)的能級(jí)，使得晶格結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。這種材料還具有以下的特點(diǎn)：成本低、安全性高、對(duì)環(huán)境友好以及可觀的比容量。

目前，LiFePO₄動(dòng)力電池已被各個(gè)國家批量生產(chǎn)，并且為新型電動(dòng)客車以及混合動(dòng)力電車提供動(dòng)力。與LiFePO₄材料相比，LiNiPO₄材料具有以下特點(diǎn)：1）同為穩(wěn)定的橄欖石結(jié)構(gòu)；2）比容量為167mA·h·g^-1，與LiFePO₄的比容量170mA·h·g^-1相差無幾；3）氧化還原電位很高Ni³⁺/Ni²⁺大于5.1V（vs.Li/Li⁺），而LiFePO₄的氧化還原電位Fe³⁺/²⁺僅為3.5V（vs.Li/Li⁺）；4）鎳源主要來源于紅土鎳礦，此礦勘查、采集成本低并且地球礦含量豐富。基于這一事實(shí)，同屬于LiMPO₄體系中的LiNiPO₄材料成為了潛在的新型鋰離子電池材料

但是研究表明：高氧化還原電位的LiMPO₄材料是低電化學(xué)活性的。與此同時(shí)，LiNiPO₄材料本身導(dǎo)電性極差，其導(dǎo)電性僅為LiCoPO₄和LiMnPO₄材料的一百至一千分之一。由于LiNiPO₄材料的低反應(yīng)活性、低導(dǎo)電性，J.Wolfenstine等人用固相法制得LiNiPO₄材料并在6V～3.5V之間對(duì)試驗(yàn)電池進(jìn)行放電，測(cè)得比容量?jī)H在10mA·h·g^-1以下。由于以上兩個(gè)原因，雖然對(duì)LiNiPO₄材料的結(jié)構(gòu)方面的研究很多，但是鮮有將LiNiPO₄材料應(yīng)用在二次鋰離子電池中的研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效提高LiNiPO₄的電化學(xué)活性和導(dǎo)電性的二次鋰離子電池正極材料磷酸鎳鋰的原位碳包覆制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

（1）將鋰源化合物、二價(jià)鎳源化合物、磷酸鹽和碳源按照摩爾比Li⁺:Ni²⁺:PO₄^3-:碳源=3:1:1:0.5-3充分溶解在苯甲醇水溶液（苯甲醇所占體積比為20%-80%）中，使Ni²⁺在溶液中的濃度為0.1mol·L^-1-1.0mol·L^-1，磁力攪拌30min-60min，使原料充分溶解在溶液中，形成藍(lán)綠色溶液，并且有許多圓珠狀苯甲醇油滴分散在溶液內(nèi)部；

（2）將獲得充分?jǐn)嚢璧谋郊状既芤旱谷胗芯鬯姆蚁﹥?nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，在100℃-200℃進(jìn)行4h-10h水熱反應(yīng)；

（3）將水熱反應(yīng)得到的產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，用蒸餾水以及無水乙醇清洗其中所含的雜質(zhì)；

（4）再將清洗后所得物質(zhì)放入鼓風(fēng)干燥箱中50℃-100℃干燥；

（5）將干燥后的粉末充分研磨，并放入管式爐中在氬氣氛圍中先進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理溫度為300℃-400℃，預(yù)處理時(shí)間為2h-10h，然后高溫下煅燒制得最終產(chǎn)物，高溫煅燒溫度為600℃-850℃，煅燒時(shí)間為2h-10h。

所述的鋰源化合物為鋰的氫氧化物或鋰鹽。

所述的二價(jià)鎳源化合物為二價(jià)鎳的氧化物及二價(jià)鎳鹽。

所述碳源為葡萄糖、蔗糖或殼聚糖。