一種用作鋰離子電池正極的材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及用作鋰離子電池正極的材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池具有比容量高、電壓高、安全性能好等優(yōu)點，廣泛應用于手機、相機、筆記本電腦、電動工具、電動自行車及電動汽車等產(chǎn)品。隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展對鋰離子電池的能量和功率要求越來越高，而鋰離子電池的正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，是鋰離子電池性能的主要影響因素。
[0003]目前應用最多的鋰離子正極材料主要有鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰三元材料，但是這些材料具有自身的缺點。為了改善正極材料，常用的方法是對正極材料表面進行包覆改性。目前，已報道的表面包覆包括:含鎂、鋁、鋯、鈦等金屬氧化物，含鋁、鎂、鈦、鋯等金屬氟化物等。金屬氧化物可以有效阻止正極材料與電解液的反應，提高鋰離子電池的循環(huán)性能；金屬氟化物層能夠抑制電解液的氫氟酸與活性物質(zhì)的反應，降低電池在充放電循環(huán)中的容量衰減，但是金屬化合物不具有良好的導電性，鋰離子在此包覆層中的擴散速度較慢，導致正極材料導電能力變差，增大了電池內(nèi)阻，影響了電池的放電倍率，降低了電池的電化學性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，實有必要提供一種用作鋰離子電池正極的材料，其可以很好的隔絕電解液，且能使鋰離子自由通過，具有良好的導電率，提高了鋰電池的首次效率和倍率性能。
[0005]此外，還有必要提供一種用作鋰離子電池正極的材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明一方面提供一種用作鋰離子電池正極的材料，所述材料由含鋰元素的基體材料和包覆材料組成，所述包覆材料覆蓋所述含鋰元素的基體材料的表面。
[0007]優(yōu)選地，所述含鋰元素的基體材料為鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸鐵錳鋰、鎳鈷酸鋰或鎳錳酸鋰中的一種以上。
[0008]優(yōu)選地，所述包覆材料為納米級12Ca0.7A1203固溶粉體。
[0009]優(yōu)選地，所述包覆材料的粒徑為10?lOOnm，當包覆材料粒徑為10?lOOnm時，使得制得的用作鋰離子電池正極的材料具有更優(yōu)良的導電性，倍率性能更佳。
[0010]優(yōu)選地，所述含鋰元素的基體材料與所述包覆材料的重量比為1: (0.001?0.1)。
[0011]優(yōu)選地，所述含鋰元素的基體材料與所述包覆材料的重量比為1: (0.01?0.05)。
[0012]另一方面提供一種用作鋰離子電池正極的材料的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0013]—種用作鋰離子電池正極的材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0014]1)將氧化鈣和氧化鋁按摩爾比12:7混合進行濕法球磨、干燥，在第一溫度燒結2?4h，研磨得納米級12Ca0.7A1203固溶粉體；濕法球磨是無機材料制備過程中的常規(guī)制備方法，本發(fā)明的濕法球磨方法采用常規(guī)方法進行，在此不再贅述。
[0015]2)將所述納米級12Ca0.7A1203固溶粉體加入去離子水和/或無水乙醇中高速攪拌、超聲，形成均勾懸池液；
[0016]3)高速攪拌下，將含鋰元素的基體材料加入至所述懸濁液中，以使所述納米級12Ca0.7A1203固溶粉體均勻包覆在所述含鋰元素的基體材料表面；以及
[0017]4)將包覆有納米級12Ca0.7A1203固溶粉體的含鋰元素的基體材料干燥、于第二溫度燒結、冷卻、粉碎后得所述用作鋰離子電池的正極材料。
[0018]優(yōu)選地，所述含鋰元素的基體材料與所述納米級12Ca0.7Α1203固溶粉體的重量比為 1: (0.001 ?0.1)。
[0019]優(yōu)選地，所述含鋰元素的基體材料與所述納米級12Ca0.7Α1203固溶粉體的重量比為 1: (0.01 ?0.05)。
[0020]優(yōu)選地，所述第一溫度為800?1200°C，所述第二溫度為500?800°C ;于所述第二溫度燒結時，燒結時間為3?10h ;步驟1)及步驟2)的燒結氣氛為空氣或氧氣氣氛。[0021 ] 優(yōu)選地，所述含鋰元素的基體材料為鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸鐵錳鋰、鎳鈷酸鋰或鎳錳酸鋰中的一種以上。
[0022]優(yōu)選地，所述納米級12Ca0.7A1203固溶粉體的粒徑為10_100nm。
[0023]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的用作鋰離子電池正極的材料具有以下有益效果:
[0024]1)在含鋰元素的基體材料表面包覆納米級12Ca0.7A1203固溶粉體，使得包覆層在隔絕電解液與正極材料的同時使鋰離子自由通過，從而在完成充放電的同時避免電解液的分解，提高了鋰離子電池的循環(huán)性能及穩(wěn)定性。
[0025]2) 12Ca0.7A1203固溶粉體具有良好的導電性，可以通過提高材料的電子電導率大大地提高了正極材料的倍率性能。
[0026]3) 12Ca0.7A1203固溶粉體具有籠狀結構，籠腔結構上存在的微小通道為鋰離子的傳導提高了連續(xù)的空間通道，從而提高了材料的電導率，提高鋰電池的首次效率和倍率性會泛。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實施例1提供的用作鋰離子電池正極的材料的首次充放電曲線圖。
[0028]圖2是本發(fā)明實施例1提供的用作鋰離子電池正極的材料的循環(huán)充放電曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步具體詳細描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術進行。
[0030]實施例1
[0031]一種用作鋰離子電池正極的材料的制備方法，其包括以下步驟:
[0032]1)將氧化鋁和氧化鈣按12Ca0.7A1203的化學計量比配料進行濕法混合，混合均勻后干燥，于850°C燒結3h、研磨后得到納米級12Ca0.7A1203固溶粉體，備用；
[0033]2)將2g納米級12Ca0.7Α1203固溶粉體加入30ml無水乙醇中進行高速攪拌30分鐘，然后進行超聲10分鐘，依次高速攪拌、超聲循環(huán)3次，混合均勻形成均勻懸濁液；
[0034]3)在高速攪拌下，將100g基體材料鎳鈷鋁酸鋰(LiNiQ.sCoai5AlQ.Q502)加入步驟2)的懸濁液中，使納米級12Ca0.7A1203固溶粉體均勻包覆在活性LiNi Q.sCoQ.15AlQ.Q502表面；
[0035]4)然后將混合物干燥6h，將干燥后的固體材料在500°C下煅燒10h后，冷卻、粉碎、過篩得本發(fā)明的用作鋰離子電池正極的材料。
[0036]將實施例1制得的用作鋰離子電池正極的材料采用藍電電池測試系統(tǒng)進行電化學性能測試，測試溫度為25°C，測試電壓范圍為3V?4.3V ;倍率性能測試條件為在0.2C倍率充放電一次；0.2C倍率充電，0.5C、1C、5C、10C倍率各放電一次；循環(huán)性能測試條件:以1C倍率進行充放電，循環(huán)500周，考察容量保持率。測試得本發(fā)明實施例1的用作鋰離子電池正極的材料在0.2C倍率下的放電比容量為193.8mAh/g，0.5C倍率下放電比容量為186.4mAh/g，lC倍率下的放電比容量為180.7mAh/g，5C倍率下的放電比容量為169.2mAh/g，10C倍率下的放電比容量為162.3mAh/g，10C/0.2C放電比率為83.7%，倍率性能較好。1C充放電循環(huán)500周容量保持率大于94%，循環(huán)性能較好。
[0037]實施例2
[0038]一種用作鋰離子電池正極的材料的制備方法，其包括以下步驟:
[0039]1)將氧化鋁和氧化鈣按12Ca0.7A1203的化學計量比配料進行濕法混合，混合均勻后干燥，于900°C燒結2h、研磨后得到納米級12Ca0.7A1203固溶粉體，備用；
[0040]2)將5g納米級12Ca0.7Α1203固溶粉體加入35ml去離子水中進行高速攪拌30分鐘，然后進行超聲10分鐘，依次高速攪拌、超聲循環(huán)5次，混合均勻形成均勻懸濁液；
[0041]3)在高速攪拌下，將100g基體材料鎳鈷錳酸鋰(LiNia5Coa2