[發(fā)明專(zhuān)利]雙相網(wǎng)絡(luò)修飾的富鋰層狀正極材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410522275.1
• 申請(qǐng)日: 2014-10-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104362312A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙乃勤;郭立超;劉恩佐;師春生;何春年;李家俊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62
• 代理公司: 天津市杰盈專(zhuān)利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙相網(wǎng)絡(luò)修飾的富鋰層狀正極材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂及制備方法，屬于納米復(fù)合材料的制備技術(shù)。

背景技術(shù)

鋰離子電池因?yàn)槠涓叩哪芰棵芏取⒏叩墓ぷ麟妷汉挽`活的可設(shè)計(jì)性，已經(jīng)發(fā)展成為一種重要便攜設(shè)備和先進(jìn)設(shè)備的供能電源。然而，目前研制出鋰電池正極材料的比容量一般都低于負(fù)極材料的比容量，提高正極材料比容量成為鋰電池發(fā)展的主要瓶頸之一。

富鋰層狀正極材料Li₂MnO₃?LiMO₂(M=Co、Ni、Mn)，本身具有比較高的比容量、良好的熱穩(wěn)定性和較低的成本，受到鋰電池研究領(lǐng)域的重視。但是，這種層狀材料本身也存在一些缺點(diǎn)，其中，倍率性能差，循環(huán)性能不佳，阻礙了它在動(dòng)力電池上的應(yīng)用。為了改善富鋰層狀正極材料的性能，研究人員做了大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，表面修飾（包覆）是一個(gè)有效的改性方法。按照包覆源的類(lèi)型，表面修飾（包覆）可以分為兩大類(lèi)。一是離子導(dǎo)體相修飾（包覆），采用氧化物、磷酸鹽作為包覆源，缺點(diǎn)是這些包覆源一般都是電子的不良導(dǎo)體；二是電子導(dǎo)體相修飾（包覆），采用碳、高分子導(dǎo)電聚合物等作為包覆源，缺點(diǎn)是這些包覆源往往不具備離子傳輸?shù)耐ǖ馈Ｒ陨系谋砻嫘揎棧ò玻┒紵o(wú)法兼顧離子和電子的傳輸性，無(wú)法有效地減小富鋰層狀正極材料的表面阻抗。所以，為了提高富鋰層狀正極材料的倍率性能，探索一種能同時(shí)提高離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)的表面修飾方法，制備出雙相修飾的富鋰層狀正極材料，具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種雙相網(wǎng)絡(luò)修飾的富鋰層狀正極材料及制備方法，該方法優(yōu)勢(shì)在于工藝簡(jiǎn)單穩(wěn)定，并且制得的雙相網(wǎng)絡(luò)修飾的富鋰層狀正極材料具有良好的電化學(xué)性能。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種雙相網(wǎng)絡(luò)修飾的富鋰層狀正極材料，其特征在于，該雙相網(wǎng)絡(luò)修飾的富鋰層狀正極材料的組成是，基層為粒徑100~200nm的富鋰層狀正極材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂，上層為電子導(dǎo)體相多壁碳納米管網(wǎng)絡(luò)層，在基層與上層之間為由多壁碳納米管和富鋰層狀正極材料表面的富鋰相Li₂MnO₃反應(yīng)生成的離子導(dǎo)體相尖晶石相區(qū)和過(guò)渡相區(qū)組成的中間網(wǎng)絡(luò)層；其中，上層的電子導(dǎo)體相多壁碳納米管網(wǎng)絡(luò)層厚度為10~15nm，中間網(wǎng)絡(luò)層厚度為5~15nm。

上述結(jié)構(gòu)的雙相網(wǎng)絡(luò)修飾富鋰層狀正極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)??????溶膠凝膠法制備Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂

在機(jī)械攪拌下，首先將Ni(NO₃)₂?6H₂O、Co(NO₃)₂?6H₂O、Mn(Ac)₂?4H₂O?和LiNO₃按金屬離子的摩爾比依次為0.13:0.13:0.54:(1.21~1.24)?溶解于去離子水中，配成金屬總離子濃度為0.5~3.0mol/L的溶液記作溶液A；將檸檬酸溶解于去離子水中，配制成濃度為0.5~2.0mol/L的溶液記作溶液B，且檸檬酸與A溶液中鎳離子的物質(zhì)的量之比為(0.8～1.2):0.13；將溶液B逐滴逐滴加入到溶液A中，并滴加氨水調(diào)節(jié)混合溶液pH值為7.2～7.8，之后將混合溶液置于80℃恒溫水浴反應(yīng)4～7h，得到半凝膠，將半凝膠在溫度120℃真空干燥24～36h，得到干凝膠，置于箱式爐中，以5~10℃/min的速率升溫至450～490℃，保溫3~5h，冷卻至室溫后得到的粉末再置于管式爐，在空氣氣氛中，以5~10℃/min的速率升溫至800~900℃，保溫8~12h，冷卻至室溫得到富鋰層狀正極材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂；