一種表面改性的鋰離子電池正極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，特別是涉及一種表面改性的鋰離子電池正極材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池作為新一代的綠色環(huán)保電源，其具有能量密度大、電壓高、自放電小、 無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、相機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車及電動(dòng)汽車 等產(chǎn)品。隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展對(duì)鋰離子電池的能量和功率要求越來(lái)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。相對(duì)于 已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的正極材料鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰和磷酸鐵鋰，鎳鈷鋁酸鋰具有價(jià)格低、 克容量高、體積比容量高的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 雖然鎳鈷鋁酸鋰具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于存在吸濕性高、循環(huán)性能不夠穩(wěn)定等缺 點(diǎn)使其在應(yīng)用方面受到一定限制，因此材料的改性已成為亟待解決的問(wèn)題。目前研究較多 的是在鎳鈷鋁酸鋰表面包覆金屬氧化物以提高材料的循環(huán)性能和安全性能，但是金屬氧化 物不具有電化學(xué)活性，對(duì)材料進(jìn)行包覆改性后會(huì)致使材料的放電比容量或能量密度降低。 另一種改性方式即對(duì)材料進(jìn)行金屬元素?fù)诫s以提高材料的倍率性能，但是對(duì)材料的循環(huán)性 能并無(wú)改善。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明提供一種表面改性的鋰離子電池正極材料及其制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的 不足，采用導(dǎo)電性良好的材料對(duì)活性物質(zhì)進(jìn)行包覆改性以提高材料的循環(huán)性能和倍率性 能。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 第一方面，一種表面改性的鋰離子電池正極材料，化學(xué)通式為liNiiabCoaAlb02/M，其 中0.l〈a〈0. 3,0. 01〈b〈0. 2,M為包覆層，所述的包覆層為摻雜改性的鈦酸鋇粉體。
[0006] 作為優(yōu)選，所述摻雜改性的摻雜元素為L(zhǎng)a、Nb和Y中的任一種。
[0007] 作為優(yōu)選，所述的摻雜元素與鈦酸鋇的物質(zhì)的量的比為0~0. 05:1。
[0008] 作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的摻雜元素與鈦酸鋇的物質(zhì)的量的比為0.005~ 0.02:1〇
[0009] 作為優(yōu)選，所述的包覆層與LiNhabC〇aAlb02的質(zhì)量比為0. 001~0. 1:1。
[0010] 作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述的包覆層與LiNhabC〇aAlb02的質(zhì)量比為0. 005~ 0. 05:1 〇
[0011] 第二方面，一種如第一方面所述的表面改性的鋰離子電池正極材料的制備方法， 包括以下步驟： ⑴將摻雜改性的鈦酸鋇粉體加入溶劑中進(jìn)行高速攪拌30分鐘，然后進(jìn)行超聲10分鐘， 依次高速攪拌、超聲循環(huán)3~5次，混合形成均勻混合溶液； 〇將活性物質(zhì)LiNhabCoaAlb02在高速攪拌的條件下加入到步驟M中的混合溶液中，使 包覆材料即混合溶液均勻包覆在活性物質(zhì)LiNhabC〇aAlb02表面； ⑦將步驟(2)所得混合物干燥4~8h，將干燥后的固體材料在一定溫度下煅燒一段時(shí)間 后，冷卻、粉碎并過(guò)篩得到正極材料。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的溶劑為無(wú)水乙醇或去離子水。
[0013] 作為優(yōu)選，所述煅燒的溫度為500~800°C，時(shí)間為3~10h，煅燒氣氛為空氣或氧 氣氣氛。
[0014] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下： _在活性物質(zhì)表面包覆摻雜改性的鈦酸鋇粉體，使得包覆層在隔絕電解液與正極材料 的同時(shí)使鋰離子自由通過(guò)，從而在完成充放電的同時(shí)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。
[0015] 摻雜改性的鈦酸鋇粉體具有良好的導(dǎo)電性，可以通過(guò)提高材料的電子電導(dǎo)率大 大地提高了正極材料的倍率性能。
[0016] 磁本發(fā)明合成工藝簡(jiǎn)單易行，設(shè)備要求低，原材料資源充足且廉價(jià)，無(wú)污染，有良 好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是實(shí)施例1的表面改性的鋰離子電池正極材料的首次充放電曲線圖。
[0018] 圖2是實(shí)施例1的表面改性的鋰離子電池正極材料的循環(huán)充放電曲線圖。
[0019] 圖3是實(shí)施例1的表面改性的鋰離子電池正極材料在不同倍率下的放電曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了對(duì)本發(fā)明有更深的了解，下面結(jié)合實(shí)施例中對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描 述，但是本發(fā)明的實(shí)施例僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有 做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施案例，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021] 實(shí)施例1 : 將La203和BaTiO3按Baa99SLaaQQ2Ti03的化學(xué)計(jì)量比配料進(jìn)行濕法混合，混合均勻后干 燥，經(jīng)過(guò)燒結(jié)、研磨后得到鑭摻雜改性的鈦酸鋇粉體。將鑭摻雜改性的鈦酸鋇粉體加入無(wú)水 乙醇中進(jìn)行高速攪拌30分鐘，然后進(jìn)行超聲10分鐘，依次高速攪拌、超聲循環(huán)3~5次， 混合均勻形成均勻溶液。將活性物質(zhì)1^附。. 8〇)。.1#1。.。502在高速攪拌的條件下加入上述的 混合溶液中，使包覆材料均勻包覆在活性物質(zhì)LiNiasC〇a15Ala(]502表面，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(guò)篩得到正極材料。
[0022] 材料的電化學(xué)性能測(cè)試采用藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)在25°C下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電壓范圍 為3V~4. 3V;倍率性能測(cè)試條件：0. 2C充放電一次，0. 2C充電0. 5C/1C/5C/10C各放電一 次；；循環(huán)性能測(cè)試條件：以1C倍率進(jìn)行充放電，循環(huán)500周，考察容量保持率。材料在 0. 2C倍率下的放電比容量為191. 3mAh/g，0. 5C倍率下放電比容量為185mAh/g，1C倍率下 的放電比容量為180mAh/g，5C倍率下的放電比容量為168mAh/g，10C倍率下的放電比容量 為160mAh/g，10C/0. 2C放電比率為83. 6%，倍率性能較好。1C充放電循環(huán)500周容量保持 率大于92%，循環(huán)性能較好。
[0023] 實(shí)施例2 : 將Nb205和BaTiO3按BaTia997NbaQQ303的化學(xué)計(jì)量比配料進(jìn)行濕法混合，混合均勻后干 燥，經(jīng)過(guò)燒結(jié)、研磨后得到鈮摻雜改性的鈦酸鋇粉體。將鈮摻雜改性的鈦酸鋇粉體加入去離 子水中進(jìn)行高速攪拌30分鐘，然后進(jìn)行超聲10分鐘，依次高速攪拌、超聲循環(huán)3~5次， 混合均勻形成均勻溶液。將活性物質(zhì)1^附。. 75〇)。.#1。.。502在高速攪拌的條件下加入上述的 混合溶液中，使包覆材料均勻包覆在活性物質(zhì)1^附。. 75〇)。.#1。.。502表面，然后將混合物干燥 8h，將干燥后的固體材料在600 °C下煅燒8h后，冷卻、粉碎、過(guò)篩得到正極材料。
[0024] 實(shí)施例3 : 將Y203和BaTiO3按Baa999Wi03的化學(xué)計(jì)量比配料進(jìn)行濕法混合，混合均勻后干燥， 經(jīng)過(guò)燒結(jié)、研磨后得到釔摻雜改性的鈦酸鋇粉體。將釔摻雜改性的鈦酸鋇粉體加入無(wú)水乙 醇中進(jìn)行高速攪拌30分鐘，然后進(jìn)行超聲10分鐘，依次高速攪拌、超聲循環(huán)3~5次，混合 均勻形成均勻溶液。將活性物質(zhì)LiNia7C〇a2Alai02在高速攪拌的條件下加入上述的混合溶 液中，使包覆材料均勻包覆在活性物質(zhì)LiNia7C〇a2Alai〇2表面，然后將混合物干燥7h，將干 燥后的固體材料在800°C下煅燒6h后，冷卻、粉碎、過(guò)篩得到正極材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種表面改性的裡離子電池正極材料，化學(xué)通式為：L冊(cè)1abC〇aAlb〇2/M，其中 0.Ka<0. 3,0. 01 <b<0. 2,M為包覆層，其特征在于，所述的包覆層為滲雜改性的鐵酸領(lǐng)粉體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的裡離子電池正極材料，其特征在于，所述滲雜改 性的滲雜元素為L(zhǎng)a、Nb和Y中的任一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面改性的裡離子電池正極材料，其特征在于，所述的滲雜 元素與鐵酸領(lǐng)的物質(zhì)的量的比為0~0. 05:1。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面改性的裡離子電池正極材料，其特征在于，所述的滲雜 元素與鐵酸領(lǐng)的物質(zhì)的量的比為0. 005~0. 02:1。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的裡離子電池正極材料，其特征在于，所述的包覆 層與LiNiiabC〇aAlb〇2的質(zhì)量比為 0.001 ~0. 1:1。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的裡離子電池正極材料，其特征在于，所述的包覆 層與LiNii。bC〇gAlb〇2的質(zhì)量比為 0. 005 ~0. 05:1。7. -種如權(quán)利要求1所述的表面改性的裡離子電池正極材料的制備方法，其特征在 于，包括W下步驟： (1)將滲雜改性的鐵酸領(lǐng)粉體加入溶劑中進(jìn)行高速攬拌30分鐘，然后進(jìn)行超聲10分 鐘，依次高速攬拌、超聲循環(huán)3~5次，混合形成均勻混合溶液； 將活性物質(zhì)LiNiiabC〇gAlb〇2在高速攬拌的條件下加入到步驟濾中的混合溶液中， 使包覆材料即混合溶液均勻包覆在活性物質(zhì)LiNii。bC〇gAlb〇2表面； 讓將步驟3所得混合物干燥4~化，將干燥后的固體材料在一定溫度下般燒一段時(shí) 間后，冷卻、粉碎并過(guò)篩得到正極材料。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面改性的裡離子電池正極材料的制備方法，其特征在于， 所述的溶劑為無(wú)水乙醇或去離子水。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面改性的裡離子電池正極材料的制備方法，其特征在于， 所述般燒的溫度為500~800°C，時(shí)間為3~lOh，般燒氣氛為空氣或氧氣氣氛。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種表面改性的鋰離子電池正極材料及其制備方法。材料的化學(xué)通式為：LiNi1-a-bCoaAlbO2/M，其中0.1<a<0.3，0.01<b<0.2，M為包覆層，包覆層為摻雜元素為L(zhǎng)a、Nb和Y中的任一種摻雜改性的鈦酸鋇粉體；摻雜元素與鈦酸鋇的物質(zhì)的量的比為0～0.05:1；包覆層與LiNi1-a-bCoaAlbO2的質(zhì)量比為0.001～0.1:1。制備方法為：將鈦酸鋇粉體加入溶劑中形成混合溶液，使混合溶液均勻包覆在LiNi1-a-bCoaAlbO2表面，然后干燥、煅燒、冷卻、粉碎并過(guò)篩得到正極材料。本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下：提高鋰離子電池的循環(huán)性能、穩(wěn)定性和倍率性能；合成工藝簡(jiǎn)單易行，設(shè)備要求低，原材料資源充足且廉價(jià)，無(wú)污染，有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01M4/485, H01M10/0525, H01M4/525, H01M4/62
【公開號(hào)】CN105006574
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510322851
【發(fā)明人】毛玉琴, 韓珽
【申請(qǐng)人】浙江美達(dá)瑞新材料科技有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年6月13日