[發(fā)明專(zhuān)利]一種表面包覆磷酸鐵鋰的鎳鈷錳酸鋰復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410565787.6
• 申請(qǐng)日: 2014-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104733708A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳召勇;許煉;朱華麗;彭南發(fā)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/58
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及到的是一種良好循環(huán)性能和高安全性能的鋰離子電池正極材料——表面包覆磷酸鐵鋰的鎳鈷錳酸鋰復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

能源問(wèn)題和環(huán)境污染已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略必須要解決的問(wèn)題，能源危機(jī)和傳統(tǒng)能源利用過(guò)程中帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題將新能源開(kāi)發(fā)和利用推向了一個(gè)新的高度，全世界各個(gè)國(guó)家正一步步將能源發(fā)展作為未來(lái)發(fā)展的重要課題。為了逐步解決制約當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源短缺和大氣污染問(wèn)題，鋰離子電池因具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、體積小、重量輕、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)、市場(chǎng)上均獲得了快速發(fā)展，已形成了一個(gè)大的新型產(chǎn)業(yè)。正極材料作為鋰離子電池的核心部分之一，其優(yōu)劣直接影響著鋰離子電池的性能和成本，因此一直是人們研究的重點(diǎn)，通過(guò)提高其綜合性能來(lái)提高鋰離子電池性能。

用于鋰離子電池的鎳鈷錳酸鋰三元材料具有能度密度高、低截止電壓下循環(huán)壽命長(zhǎng)、晶體結(jié)構(gòu)理想、自放電小和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。但鎳鈷錳酸鋰三元材料由于鎳含量高，材料的穩(wěn)定性不佳，安全性較差，大容量的鎳鈷錳酸鋰電池在充放電截止電壓高于4.4V時(shí)循環(huán)性能變差。磷酸鐵鋰材料具有電化學(xué)容量較高，常、高溫循環(huán)性能極佳，安全性能優(yōu)良和成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已成為鋰離子動(dòng)力電池最有發(fā)展前景的正極材料之一。磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰的復(fù)合材料通過(guò)其兩組分之間的協(xié)同作用，充分發(fā)揮兩種正極材料的優(yōu)勢(shì)，以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的高性能鋰離子電池的需求。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明旨在研究一種良好循環(huán)性能的鎳鈷錳酸鋰復(fù)合材料的制備方法，本方法通過(guò)對(duì)球形鎳鈷錳酸鋰三元材料進(jìn)行表面修飾包覆磷酸鐵鋰，包覆后的鎳鈷錳酸鋰運(yùn)用到大容量鋰離子電池上，鋰離子電池的循環(huán)性能和安全性能得到了改善。

關(guān)于一種高安全的鎳鈷錳酸鋰復(fù)合材料的制備步驟如下：

⑴?根據(jù)復(fù)合材料中鎳鈷錳酸鋰的百分含量稱(chēng)量鎳鈷錳酸鋰三元材料，同時(shí)按照復(fù)合材料中磷酸鐵鋰的百分含量和Li:Fe:P=3:1:1的摩爾比計(jì)算并稱(chēng)量LiOH·H?O、H?PO?和FeSO?·7H?O。

⑵?將LiOH·H?O加入蒸餾水溶解，然后將鎳鈷錳酸鋰三元材料加入其中，再向混合溶液中加適量的蒸餾水和酒精配成混合溶液A，攪拌一段時(shí)間使其充分分散。

⑶?用一定量的蒸餾水稀釋磷酸溶液，然后將磷酸溶液滴加到混合溶液A中配制成混合溶液B，滴加完成后繼續(xù)攪拌一段時(shí)間使其充分混合。

⑷?把惰性氣體通入（3）中所得到的混合液B中，通入10-60分鐘后，將FeSO?·7H?O加入適量的蒸餾水，把溶解完全的FeSO?·7H?O緩慢滴加到混合溶液B中配制成混合溶液C，滴加完成后繼續(xù)攪拌一段時(shí)間使其充分混合。

⑸?將攪拌好的混合溶液C加入到反應(yīng)釜中，放入干燥箱中在120-300℃下烘3-36小時(shí)使其充分反應(yīng)。

⑹?反應(yīng)完畢后將反應(yīng)釜從干燥箱取出，對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行抽濾、洗滌操作。采用循環(huán)水式抽真空泵抽真空，采用蒸餾水和酒精分別進(jìn)行多次洗滌。

⑺?將抽濾、洗滌后的產(chǎn)物放入真空干燥箱中80-120℃溫度下真空干燥12-36小時(shí)。

上述步驟（2）、（3）和（4）攪拌的轉(zhuǎn)速為200-2000轉(zhuǎn)/分，（2）、（3）步驟攪拌充分即可，而步驟（4）攪拌轉(zhuǎn)速為200-2000轉(zhuǎn)/分,攪拌時(shí)間為10-60分鐘。

上述步驟（3）中將磷酸加入到一定量的蒸餾水中,?濃度稀釋到0.01-0.3?mol×L^-1。

上述步驟（4）中將溶解完全的硫酸亞鐵溶液立即滴加到混合溶液B中，邊滴邊攪拌，此步驟以及之后的步驟中在攪拌的同時(shí)向混合溶液通入高純氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

上述步驟（6）中烘干的產(chǎn)物中磷酸鐵鋰均勻附著在球形鎳鈷錳酸鋰的表面，磷酸鐵鋰粒徑≤100nm。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明旨在研究鎳鈷錳酸鋰表面包覆磷酸鐵鋰的鋰離子電池正極材料的制備方法，本方法在鎳鈷錳酸鋰的表面用磷酸鐵鋰進(jìn)行包覆修飾，磷酸鐵鋰包覆鎳鈷錳酸鋰的摩爾百分?jǐn)?shù)為1%-30%。包覆后的復(fù)合材料具有良好的循環(huán)性能和安全性能，又有較高的容量。

2、本發(fā)明采用具有電化學(xué)活性的磷酸鐵鋰作為包覆物相比采用非活性物質(zhì)作為包覆物，此方法不會(huì)明顯降低鎳鈷錳酸鋰的比容量，且明顯改善了鎳鈷錳酸鋰三元材料的穩(wěn)定性和循環(huán)性，提高了材料的安全性。

3、本發(fā)明采用水熱法進(jìn)行表面包覆，在生產(chǎn)中無(wú)污染，工藝簡(jiǎn)單，適于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

附圖說(shuō)明