[發明專利]摻一價陽離子的鎳鈷錳三元材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710771681.5
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107634195B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 童慶松;曾觀音;馬莎莎;余欣瑞;翁景崢;陳方園
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/052;H01G11/30;H01G11/46
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及摻一價陽離子的鎳鈷錳三元材料的制備方法，其特征在于按照鎳、鈷、錳、鋰、摻一價陽離子的摩爾比分別稱取他們的化合物，混合得到混合物1。再加入濕磨介質，混勻后調pH值，再加入稱取的鋰的化合物，混勻、陳化，采用程序升溫法或逐溫區升溫法制得摻一價陽離子的三元正極材料。制得的三元材料可滿足：在XRD衍射圖上的衍射峰均與JCPDS卡片09?0063的層狀α?NaFeO₂結構的特征衍射峰相吻合；樣品XRD衍射圖的2θ角20～25°區間沒有對應JCPDS卡片27?1252的Li₂MnO₃的衍射峰。

技術領域

本發明屬于電池電極材料制備的技術領域，涉及一種可用于鋰電池、鋰離子電池、聚合物電池和超級電容器摻一價陽離子的鎳鈷錳三元材料的制備方法。

技術背景

隨著化石能源的日益枯竭，能源問題日益成為關注的熱點。尋找儲能新材料成為研究的熱點之一。新儲能體系的鋰離子電池應該具有電壓高、容量大、無記憶效應和壽命長等優點，可廣泛應用于移動電話、數碼相機、筆記本電腦等數碼產品和電動車、混合電動車等動力工具。

鋰離子電池包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液和集流體等。其中，正極材料很大程度決定了電池的性能。已經成功商業化的正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰等。不過，上述材料還存在不少缺點，尋找性價比更高的正極材料成為研究熱點。1997年，Ohzuku等[Ohzuku T.et al.，Chem.Lett.，1997，68：642.]率先研究了LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂型三元材料的性能。研究表明，這種材料融合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄的特點，具有可逆容量高、成本低、毒性低等優點。鎳鈷錳三元材料可表示為：LiNi_xCo_yMn_zO₂(其中，x+y+z＝1)。根據化學式中鎳、鈷、錳元素摩爾比的不同，可將三元材料分為不同類型。如，鎳、鈷、錳的摩爾比(x∶y∶z)為3∶3∶3的三元材料，簡稱333型；鎳、鈷、錳的摩爾比為5∶2∶3的三元材料稱為523型；鎳、鈷、錳的摩爾比為8∶1∶1的三元材料稱為811型，還有類似的其它類型等。333型、523型、622型和811型三元材料均具有α-NaFeO₂型層狀結構。在三元材料中，鎳、鈷、錳元素的化合價分別是+2價、+3價和+4價。Ni為主要活性元素。從理論上來看，鎳的相對含量越高，三元材料的放電容量越高。

Koymaya等[Koymaya Y.，et al.，J.Power Sources，2003，119(2)：644-648.]研究認為，Li_1-xNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂的充電過程以LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂為例是：隨Li離子的脫出，有不同的電子對發生反應。當0＜x＜1/3時，發生Ni²⁺/Ni³⁺的轉變；當1/3＜x＜2/3時，發生Ni³⁺/Ni⁴⁺的轉變；當2/3＜x＜1時，發生Co³⁺/Co⁴⁺的轉變。

當0＜x＜1/3時

當1/3＜x＜2/3時

當2/3＜x＜1時: