[發明專利]一種鋰離子電池正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310468639.8
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103515592A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 單忠強;杜江勇;田建華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術領域

本發明是關于鋰離子電池的，特別涉及一種高容量，高性能的鋰離子正極材料。

背景技術

隨著經濟和社會的發展，人們對生存環境的質量要求也越來越高，替代石油等傳統污染環境的能源是一個發展大勢所趨。電能清潔安全，運輸方便，目前儲存是最大的難題。近年來，鋰離子電池發展迅猛，具有眾多優點。但由于鋰離子電池本身的容量和能量都不高，所以它們只能應用在手機、筆記本電腦和數碼相機等小型電器中，無法滿足電動車大型用電器的要求。其技術瓶頸就是正極材料，正極材料的容量不高，導致整個電池的容量、能量不高。

目前，多元富鋰正極材料主要以Mn、Ni、Co復合材料為主，這些材料在0.1C倍率下放電比容量可達到200mAh/g以上，倍率充放電性能好，壽命長達1000次以上，適合用作動力電池。

發明內容

本發明的目的，是改善現有技術的電化學性能，尤其是容量性能，提供一種在電流密度20mA/g下比容量高達300mAh/g，在電流密度200mA/g下比容量達200mAh/g以上的鋰離子電池的正極材料。

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種鋰離子電池正極材料的制備方法，步驟如下：

（1）將乙酸錳、硝酸錳、硫酸錳、磷酸錳其中的一種和乙酸鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、磷酸鎳其中的一種及乙酸鈷、硝酸鈷、硫酸鈷、磷酸鈷其中的一種，按照錳鎳鈷三種元素的摩爾比1：0～0.35：0～0.35，溶解到摩爾倍數5～10倍的水中，再加入與錳鎳鈷三種元素總量的摩爾比為0.01～0.20：1的鉬鹽共溶解，攪拌并加入氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸銨或者碳酸鈉，使各種金屬離子沉淀下來，再用氨水溶液將pH調至8以上；再過濾沉淀，將沉淀烘干；

（2）或者另將一份乙酸錳、硝酸錳、硫酸錳、磷酸錳其中的一種和乙酸鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、磷酸鎳中的一種及乙酸鈷、硝酸鈷、硫酸鈷、磷酸鈷的一種按錳鎳鈷三種元素的摩爾比1：0～0.35：0～0.35溶解到到摩爾倍數5～10倍的水中，攪拌并加入氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸銨、碳酸鈉等，使各種金屬離子沉淀下來，再用氨水溶液pH調至8以上；再過濾沉淀，將沉淀烘干，然后再加入金屬鉬粉、二氧化鉬或者三氧化鉬機械混合，加入量為0.01～0.20：1；

（3）將步驟（1）制成沉淀物或者將步驟（2）制成的混合物按錳鎳鈷元素總和與鋰元素摩爾比1:1.2～1.68的比例加入碳酸鋰或者氫氧化鋰作為鋰源，機械混合，然后于400～600℃下煅燒10h，再于800～950℃下煅燒1～10h，制成鋰離子電池正極材料。

所述步驟（1）的鉬鹽為鉬酸，鉬酸鈉，鉬酸銨，磷鉬酸，硫化鉬或者氯化鉬。

本發明的有益效果：

加入鉬改性三元富鋰正極材料后，提高了其容量及電化學性能。將燒好的正極材料和PVDF（聚偏氟乙烯）及乙炔黑按重量比8:1:1混合磨勻后，加入NMP（氮甲基吡咯烷酮）調成漿狀，涂在集流體上，烘干，制作出正極片。以金屬鋰做為對電極，PP/PE/PP(celgard2000)作為隔膜，電解液是溶于體積分數為1:1的EC/DMC（碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯）混合溶劑的LiPF₆（六氟磷酸鋰）溶液，其濃度為1mol/L組裝成CR2032扣式電池。在2～4.8V，電流密度20mA/g下充放電，放電容量可達300mAh/g。在電流密度200mA/g下充放電的容量達240mAh/g以上。在電流密度200mA/g下充放電循環100次，容量保持率在85%以上。

附圖說明

圖1是本發明實施例1正極材料的循環壽命圖；

圖2是本發明實施例7正極材料的EDS能譜圖。

具體實施方

本發明采用原料均為市售的化學純試劑，下面通過具體實施例對本發明作進一步描述。

實施例1

（1）將乙酸錳、乙酸鎳、乙酸鈷按照錳鎳鈷三種元素的摩爾比1：0.25：0.25溶解到這三種元素的摩爾總和的8倍的水中，再加入與錳鎳鈷三種元素總量的摩爾比為0.05：1的磷鉬酸共溶解，油浴加熱到50℃，攪拌加入氨水，直到完全沉淀，pH到8以上，溶液呈堿性。在轉速為10000r/min的離心機里離心沉淀，去掉上清液，將沉淀用水清洗后置于120℃烘箱中烘干；

（2）將步驟（1）烘干后的沉淀物，按錳鎳鈷元素總和與鋰元素摩爾比1:1.5加入碳酸鋰作為鋰源，機械混合；然后于400℃煅燒10h，再于900℃煅燒3h，即制得鋰離子電池正極材料。