專利名稱：一種鋁包覆鋰離子電池正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，尤其涉及一種鋁包覆鋰離子電池正極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池作為一種新型的二次電池，具有比容量高、電壓高、安全性好的特點，廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦、便攜式攝像機(jī)、DVD、MP3等便攜式電器的驅(qū)動電源。但隨著電子產(chǎn)品的不斷升級換代，對其電源的要求也不斷提高，因而對電池材料的能量密度也有更高的要求。鋰離子電池的能量密度可以分為體積能量密度和重量能量密度，市場需要的是體積能量密度和重量能量密度的同時提高。目前廣泛使用的鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰、 尖晶石型錳酸鋰、鎳鈷二元材料、鎳鈷錳三元材料和磷酸鐵鋰等；其中鈷酸鋰綜合性能最優(yōu)，制備工藝成熟，是目前市場上的主流正極材料。在同樣的容量發(fā)揮前提下，要提高電池的體積能量密度，就需要提高電池活性物質(zhì)的單位體積填充量。對于目前常用的正極材料來說，其顆粒越大，由于材料的粒度分布變寬其壓實密度也越大，材料的體積填充量就越大，其體積能量密度就越大。因此，迫切需要提供兼顧重量能量密度、體積能量密度，并同時具有良好的循環(huán)性能、倍率放電性能及安全性能的鋰離子電池正極材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋁包覆鋰離子電池正極材料的制備方法，使用該方法制備的電池正極材料的鋰離子電池具有循環(huán)性好、能量密度高、使用壽命長等特點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種鋁包覆鋰離子電池正極材料的制備方法包括如下步驟
步驟I，制備無包覆正極材料
按分子式為(Lia8Mna55Nia42Mgatl3)O2中的摩爾比例，將前軀體氫氧化鎳、氫氧化錳、碳酸鋰和氧化鎂，混合均勻，在900-100(TC下，將所得混合物恒溫?zé)Y(jié)30-40小時，得到分子式為(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03) 02的無包覆正極材料；
步驟2，制備鋁包覆液
將硫酸鋁與甲苯相溶形成的鋁鹽溶膠，溶膠中鋁鹽的重量濃度為20-25%，將NH3 ·Η20溶液加入到鋁鹽溶膠，攪拌均勻，得鋁包覆液，所述NH3 · H2O與鋁鹽溶膠中Al的摩爾比為I :
2-3 ；
步驟3，鋁包覆
將上述無包覆的正極材料加入到包覆相乙二醇中，正極材料與包覆相的重量比例控制在I :3-2 1 ;攪拌混合15-20分鐘后，加入上述鋁鹽溶膠包覆液，其中元素Al與正極材料的Mn、Ni、Mg元素之和的摩爾比為O. 003-0. 006 ；步驟4，熱處理
將所得鋁包覆的鋰離子電池正極材料的漿料干燥后，燒結(jié)，得鋁包覆的鋰離子電池正極材料。其中，步驟4中所述燒結(jié)條件優(yōu)選為在500-700°C下燒結(jié)10_12h。其中，步驟I優(yōu)選為按分子式為(Lia8Mna55Nia42Mgatl3)O2中的摩爾比例，將前軀體氫氧化鎳、氫氧化錳、碳酸鋰和氧化鎂，混合均勻，在900-1000°C下，將所得混合物恒溫?zé)Y(jié)30-40小時，將燒結(jié)產(chǎn)品球磨粉碎，過300目篩，得粒徑為IOOym以下的分子式為(Li。. 8Mn0 55Ni0.42Mg0.03) O2 的無包覆正極材料。本發(fā)明還提供了一種上述任意方法制備的鋁包覆鋰離子電池正極材料。本發(fā)明制備的鋰離子電池正極材料，由于采用了特定的正極材料，并包覆有鋁，因此在具有高能量密度的同時，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，用于鋰離子電池時，容量高，循環(huán)穩(wěn)·定性好，使用壽命長。
具體實施例方式實施例一
制備無包覆正極材料
按分子式為(Li。. 8Mn0.55Ni0.42Mg0. Q3) O2中的摩爾比例，將前軀體氫氧化鎳、氫氧化錳、碳酸鋰和氧化鎂，加入到混料罐中，混合均勻，在900°C下，將步驟所得混合物恒溫?zé)Y(jié)30小時，反應(yīng)完全后，將燒結(jié)產(chǎn)品球磨粉碎，過300目篩,得粒徑為100 μ m以下的分子式為(Li。. 8Mn0 55Ni0.42Mg0.03) O2 的無包覆正極材料。制備鋁包覆液
將硫酸鋁與甲苯相溶形成的鋁鹽溶膠，溶膠中鋁鹽的重量濃度為20%,將NH3 · H2O溶液加入到鋁鹽溶膠，攪拌均勻，得鋁包覆液，所述NH3 · H2O與鋁鹽溶膠中Al的摩爾比為I :2。鋁包覆
將上述無包覆的正極材料加入到包覆相乙二醇中，正極材料與包覆相的重量比例控制在1-2 ;攪拌混合15分鐘后，加入上述鋁鹽溶膠包覆液，其中元素Al與正極材料的Mn、Ni、Mg元素之和的的摩爾比為O. 003。熱處理
將所得鋁包覆的鋰離子電池正極材料的漿料干燥后，置于馬弗爐中，在500°C下燒結(jié)10h，得鋁包覆的鋰離子電池正極材料。實施例二 制備無包覆正極材料
按分子式為(Lia8Mna55Nia42Mgatl3)O2中的摩爾比例，將前軀體氫氧化鎳、氫氧化錳、碳酸鋰和氧化鎂，加入到混料罐中，混合均勻，在1000°C下，將步驟所得混合物恒溫?zé)Y(jié)40小時，反應(yīng)完全后，將燒結(jié)產(chǎn)品球磨粉碎，過300目篩,得粒徑為100 μ m以下的分子式為(Li。. 8Mn0 55Ni0.42Mg0.03) O2 的無包覆正極材料。制備鋁包覆液
將硫酸鋁與甲苯相溶形成的鋁鹽溶膠，溶膠中鋁鹽的重量濃度為25%，將NH3 · H2O溶液加入到鋁鹽溶膠，攪拌均勻，得鋁包覆液，所述NH3 · H2O與鋁鹽溶膠中Al的摩爾比為I :3 ；鋁包覆
將上述無包覆的正極材料加入到包覆相乙二醇中，正極材料與包覆相的重量比例控制在3 :1 ;攪拌混合20分鐘后，加入上述鋁鹽溶膠包覆液，其中元素Al與正極材料的Mn、Ni、Mg元素之和的的摩爾比為O. 006。熱處理
將所得鋁包覆的鋰離子電池正極材料的漿料干燥后，置于馬弗爐中，在700°C下燒結(jié)12h，得鋁包覆的鋰離子電池正極材料。比較例
按照鋰、鈷、鋁原子比例為I. 06 :1. 00 :0. 005的比例將鈷源、鋰源、鋁源球磨混合，使用聚氨酯球進(jìn)行球磨，球磨時間為5小時，焙燒，冷卻后的產(chǎn)物先通過粗破碎后，再使用氣流 磨進(jìn)行精破碎，粉末的平均粒度D50為12 μ πΓ 6 μ m和5 μ πΓ8 μ m，將鈷酸鋰粉末置于混料罐中，大小顆粒鈷酸鋰的重量比為I :1，加入微米級鋁源、鈦源、氟化鋰，使用聚氨酯球進(jìn)行球磨混合，混合時間為3小時，通過篩分后的鈷酸鋰混合粉末置于推板隧道窯中，在空氣氣氛下進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為950°C，焙燒時間為10小時，焙燒后的產(chǎn)物先經(jīng)粗破碎，然后使用氣流磨進(jìn)行精破碎，得到粒度D50為8 12 μ m的產(chǎn)物，此時獲得摻雜鋁、鎂、鈦、氟型鈷酸鋰。將合成的實施例一、二及比較例的樣品將本實施例所得鋁包覆鋰離子電池正極材料裝成CR2432型號扣式電池，進(jìn)行電性能評估，負(fù)極為金屬鋰片。電池測試充放電電流密度為20mA/g，電壓范圍為2. 0-4. 8V，選擇溫度為常溫測試25°C。經(jīng)測試該實施例一和二的的材料與比較例的材料相比，首次放電比容量提升了 50%以上，循環(huán)壽命提高了 2倍以上。以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋁包覆鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟I，制備無包覆正極材料 按分子式為(Lia8Mna55Nia42Mgatl3)O2中的摩爾比例，將前軀體氫氧化鎳、氫氧化錳、碳酸鋰和氧化鎂，混合均勻，在900-100(TC下，將所得混合物恒溫?zé)Y(jié)30-40小時，得到分子式為(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03) 02的無包覆正極材料； 步驟2，制備鋁包覆液 將硫酸鋁與甲苯相溶形成的鋁鹽溶膠，溶膠中鋁鹽的重量濃度為20-25%，將NH3 ·Η20溶液加入到鋁鹽溶膠，攪拌均勻，得到鋁包覆液，所述NH3 -H2O與鋁鹽溶膠中Al的摩爾比為I :2-3 ； 步驟3，鋁包覆 將上述無包覆的正極材料加入到包覆相乙二醇中，正極材料與包覆相的重量比例控制在I :3-2 1 ;攪拌混合15-20分鐘后，加入上述鋁鹽溶膠包覆液，其中元素Al與正極材料的Mn、Ni、Mg元素之和的摩爾比為O. 003-0. 006 ； 步驟4，熱處理 將所得鋁包覆的鋰離子電池正極材料的漿料干燥后，燒結(jié)，得到鋁包覆的鋰離子電池正極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟4中所述燒結(jié)條件為在500-700°C下燒結(jié)10-12h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I為 按分子式為(Lia8Mna55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩爾比例，將前軀體氫氧化鎳、氫氧化錳、碳酸鋰和氧化鎂，混合均勻，在900-1000°C下，將所得混合物恒溫?zé)Y(jié)30-40小時，將燒結(jié)產(chǎn)品球磨粉碎，過300目篩，得到粒徑為IOOym以下的分子式為(Lia8Mna55Nia42Mgatl3)O2的無包覆正極材料。
4.一種如權(quán)利要求I所述方法制備的鋁包覆鋰離子電池正極材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁包覆鋰離子電池正極材料的制備方法按分子式為(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩爾比例，將氫氧化鎳、氫氧化錳、碳酸鋰和氧化鎂混合均勻，燒結(jié)，得到無包覆正極材料；將硫酸鋁與甲苯相溶形成的鋁鹽溶膠，將NH3·H2O溶液加入到鋁鹽溶膠，得到鋁包覆液；將上述無包覆的正極材料加入到包覆相乙二醇中，加入上述鋁鹽溶膠包覆液；將所得鋁包覆的鋰離子電池正極材料的漿料干燥后，燒結(jié)，得到鋁包覆的鋰離子電池正極材料。本發(fā)明采用了特定的正極材料，并包覆有鋁，因此在具有高能量密度的同時，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，用于鋰離子電池時，容量高，循環(huán)穩(wěn)定性好，使用壽命長。
文檔編號H01M4/48GK102891301SQ201210358740
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者姜波 申請人:上海錦眾信息科技有限公司