[發明專利]一種鎳鈷錳復合氧化物鋰離子電池負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410656505.3
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN105591092B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 閻興斌;吳利軍;楊娟;郎俊偉;張旭
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

本發明公開了一種鎳鈷錳復合氧化物鋰離子電池負極材料，該材料為鎳鈷錳復合氧化物或包覆碳的鎳鈷錳復合氧化物，鎳鈷錳復合氧化物的分子式為Ni_xMn_yCo_zO_4±δ，其中，鎳：鈷：錳摩爾數為0.025≤x≤0.95、0.025≤y≤0.95、0.025≤z≤1.2，0≤δ≤1。該材料具有倍率性能好、安全性高的優點。本發明還公開了該鎳鈷錳復合氧化物鋰離子電池負極材料的制備方法及其應用。

技術領域

本發明涉及一種鎳鈷錳復合氧化物鋰離子電池負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著便攜式電子設備的小型化和電動汽車的快速發展，人們對于鋰離子電池容量的要求也日益提高。目前商業化的碳材料、硅、錫金屬及金屬合金等通過制備核殼結構材料、表面包覆、摻雜改性等措施仍不能滿足大規模高容量、小體積鋰離子電池的要求，且上述材料在脫嵌鋰循環過程中發生體積變化，致使充放電循環后電極材料顆粒之間及其與集流體之間接觸不良，形成“孤島”效應。“孤島”效應會導致電極材料、導電劑炭黑和集流體之間的導電網絡被破壞和電阻增加，電池的循環性能下降，同時碳材料表面會產生鋰枝晶，會刺破隔膜造成正負極短路，嚴重時導致電池爆炸、起火。

發明內容

本發明的目的在于提供一種倍率性能好、安全性高的鎳鈷錳復合氧化物鋰離子電池負極材料。

鎳鈷錳復合氧化物鋰離子電池負極材料的分子式為，其中，鎳：鈷：錳摩爾數為0.025≤x≤0.95、0.025≤y≤0.95、0.025≤z≤1.2、0≤δ≤1，該材料的制備方法如下：

以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽的混合物、鎳鈷錳復合氫氧化物、鎳鈷錳復合羥基氧化物、鎳鈷錳復合羰基化合物、鎳鈷錳復合碳酸鹽以及鎳鈷錳復合氫氧化物、鎳鈷錳復合羥基氧化物、鎳鈷錳復合碳酸鹽和鎳鈷錳復合羰基化合物中的兩種或多種化合物的混合物為原料，在氬氣、氮氣或空氣氣氛下，經兩段煅燒后，隨爐冷卻，得到煙灰色的鎳鈷錳復合氧化物粉末。

鎳鈷錳復合氧化物鋰離子電池負極材料為包覆碳的鎳鈷錳復合氧化物，所述鎳鈷錳復合氧化物的分子式為，其中，鎳：鈷：錳摩爾數為0.025≤x≤0.95、0.025≤y≤0.95、0.025≤z≤1.2、0≤δ≤1，該材料的制備方法如下：

1）以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽的混合物、鎳鈷錳復合氫氧化物、鎳鈷錳復合羥基氧化物、鎳鈷錳復合碳酸鹽、鎳鈷錳復合羰基化合物以及鎳鈷錳復合氫氧化物、鎳鈷錳復合碳酸鹽、鎳鈷錳復合羥基氧化物和鎳鈷錳復合羰基化合物中的兩種或多種化合物的混合物為原料，在氬氣、氮氣或空氣氣氛下，經兩段煅燒后，隨爐冷卻，得到煙灰色的鎳鈷錳復合氧化物粉末；

2）將鎳鈷錳復合氧化物粉末與帶正電的修飾劑混合后，倒入無水乙醇中，在60～80℃下攪拌回流8～20 h，過濾，高純水洗滌6～8次后，60～100℃烘干，得到黑色粉末；

3）將步驟2）所得黑色粉末倒入質量為其10～20倍的水中，加入碳材料后，攪拌0.5～4h，過濾、烘干，得到黑色包覆碳的鎳鈷錳復合氧化物。

所述鎳鹽為碳酸鎳、羰基鎳、草酸鎳、乙酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳、硫酸鎳、磷酸鎳、溴化鎳、碘化鎳中的一種或多種混合物。

所述鈷鹽為碳酸鈷、羰基鈷、草酸鈷、乙酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷、醋酸鈷、硫酸鈷、磷酸鈷、溴化鈷、碘化鈷中的一種或多種混合物。

所述錳鹽為碳酸錳、羰基錳、草酸錳、乙酸錳、硝酸錳、氯化錳、硫酸錳、磷酸錳、溴化錳、碘化錳中的一種或多種混合物。