鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法，其步驟包括：a化學計量比稱取原料；b）向原料中加入無水乙醇，球磨后取出烘干；c）向由步驟b制得原料中加入醋酯纖維、氯化鉀氯化鈉混合熔鹽和無水乙醇，球磨后烘干；d）將經步驟c處理后的原料，進行燒結，燒結完成冷卻后，清洗所得的粉體并烘干，制得鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料。本發明專利技術中的鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料具有更高的放電容量和克容量；其為中空管狀結構，經進一步處理后，其管壁更為疏松，緩解體積膨脹問題；利用了醋酯纖維中的無機填料鈦白粉，使其摻雜入鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的晶格中，改善鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的穩定性，改善鋰離子電池容量衰減問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及鋰離子電池制造
，尤其是涉及一種鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法。
技術介紹
鋰離子電池與鉛酸、鎘鎳等其他類型的電池相比具有比容量大、工作電壓高、充電速度快、工作溫度范圍寬、循環壽命長、體積小、重量輕、綠色無污染等優點。目前，已廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、電動工具等領域，并且其應用范圍越來越廣泛，新型數碼電子產品的迅猛發展以對鋰離子電池的能量密度和高可靠性提出了越來越高的要求。如同其他二次電池一般，正極材料在鋰離子電池中也占據極高的地位，與負極材料一起決定著鋰離子電池的性能，傳統鋰離子電池中常采用鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰或者鎳鈷錳酸鋰等含鋰的材料作為鋰離子電池的正極材料，近來磷酸鐵鋰材料也越來越成為關注的焦點，但是這些鋰離子電池正極材料仍舊存在一些缺陷，比如放電容量還是沒有能夠有客觀的提高，克容量也仍舊較小，極大的限制了鋰離子電池成品容量的增長，也限制了鋰離子電池向小型化微型化發展；限制了鋰離子動力汽車的發展，在不增加電動力汽車自重的前提下，其續航里程增長緩慢，甚至難以增長；同樣也限制了手機等移動設備的續航能力，由于移動設備趨向于小型化和輕薄化發展，也對其搭載的鋰離子電池提出來更高的要求，在需要滿足更小體型和更大容量的要求時，現有的鋰離子電池難以達到類似的要求。這些限制鋰離子電池及相關產業發展的重要因素是鋰離子電池的電極材料的限制，特別是鋰離子電池正極材料的限制，若要打破這種限制，需要開發一種具有更高放電容量和克容量的鋰離子電池正極材料，這樣才能助力移動設備往輕薄化和高續航方向發展，也才能助力我國的純電動或混合動力汽車的發展。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術提供了一種具有更高放電容量和克容量、更加穩定的鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法。一種鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法，包括以下步驟：a）按LiNi0.32Co0.32Mn0.32Yb0.04O2的化學計量比稱取碳酸鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳和氧化鐿，使Li、Ni、Co、Mn和Yb的摩爾比為1：0.32：0.32：0.32：0.04，碳酸鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳和氧化鐿的總重量為200重量份；b）向步驟a稱取的原料中加入200～280重量份的無水乙醇，并球磨2～4小時，之后取出烘干得到鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰原料；c）向由步驟b制得的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰原料中加入60～90重量份的醋酯纖維和300～500重量份的氯化鉀氯化鈉混合熔鹽，再加入600～900重量份的無水乙醇，并球磨6～8小時，然后烘干；d）將經步驟c處理后的原料，在750～800℃下燒結4～6小時，燒結完成冷卻后，用水清洗所得的粉體，并烘干，制得鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料。鐿是一種稀土元素，鐿元素的添加可以改善材料的電學性能，在鎳鈷錳酸鋰材料中添加微量的鐿元素可以改善鎳鈷錳酸鋰材料的電學性能，可以提高鎳鈷錳酸鋰材料的放電容量和克容量。醋酯纖維為微納級的纖維，醋酯纖維強度和彈性都較優良，并且微納級的醋酯纖維具有較大的比表面積，能夠吸附大量的原料粉體，特別是能夠吸附大量的經無水乙醇潤濕后的原料粉體，使得經過燒結后的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料具有空心管狀結構；由于本專利技術中采用醋酯纖維作為鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料合成的模板，合成的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料為中空的管狀，并且其管壁為疏松多孔結構，這是由于在煅燒過程中，醋酯纖維受熱分解產生氣體，沖擊四周的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料所造成的，該種中空的結構可以在充放電過程中防止鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料發生膨脹，可以改善鋰離子電池的循環性能。另外，在現有制備醋酯纖維時，往往會添加部分鈦白粉作為無機填料，在本專利技術中，醋酯纖維的有機部分在高溫處理時分解，而作為填料的鈦白粉則被保留下來，這部分鈦白粉會以氧化鈦的形式摻雜到鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料中，雖然這部分的氧化鈦含量很少，大概為鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料重量的0.1%，但是這部分氧化鈦摻雜后，進一步改變了鎳鈷錳酸鋰材料的晶體結構，可以改善鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的穩定性，能有效改善鋰離子電池在充放電循環過程中容量衰減問題。作為優選，步驟c中的醋酯纖維，其直徑為0.1～1μm，長度5～15μm。作為優選，步驟c中醋酯纖維的長度為5～10μm。該尺寸的醋酯纖維可以使制得的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的尺寸維持在微納級，而且使制得的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料具有較大的比表面積，在鋰離子電池中使用時，與電解液接觸更加緊密更充分。作為優選，步驟c中的氯化鈉氯化鉀混合熔鹽中，氯化鉀與氯化鈉的摩爾比1：1～1.5。氯化鈉氯化鉀熔鹽體系具有熔融溫度低，擴散效果好的特點，氯化鈉與氯化鉀摩爾比為1：1～1.5的范圍內，體系的熔融溫度為720℃左右，在720℃以上時，整個反應體系呈現液態，其中的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的原料反應速率加快，反應生成的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料也更加的均勻。作為優選，步驟d中，燒結時先在600～650℃保溫2～3小時。由于醋酯纖維是一種在低溫下就會受熱分解的有機纖維，其分解溫度大概為600℃左右，因此在燒結時，先在600℃左右溫度保溫一段時間，讓醋酯纖維在這個溫度區間內先分解，同時讓原料進行一個預燒結過程，使鈦酸鋰材料初步成型，擁有一個中空管狀結構。作為優選，步驟b中球磨的轉速為2500～3000rpm，步驟c中球磨的轉速為1500～2000rpm。步驟b中球磨時只是固體無機粉料的混合，高轉速可以促進研磨并且使混合更加均勻；而在步驟c中添加了不耐磨的醋酯纖維等材料，為了保證醋酯纖維的完整性，使用低轉速對原料進行混合。作為優選，步驟b中烘干時溫度為50～60℃，步驟c中烘干時溫度為50～60℃，步驟d中烘干時的溫度為100～140℃。由于步驟b和c烘干的只是未經處理的原料混合物，如果烘干的溫度過高會破壞原料的活性，而步驟d中，鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料已經經高溫合成，此時烘干溫度高一些，對鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的不再存在，反而可以加快烘干的效率。作為優選，步驟d中，燒結完成后的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料在冷卻到150～200℃時，投入水中清洗，之后烘干。燒結過程中因為醋酯纖維熱分解產生氣體沖擊四周的鎳鈷錳酸鋰材料，會使鎳鈷錳酸鋰材料變得松散，但是由于在鎳鈷錳酸鋰中摻雜了少量稀土鐿元素，鐿元素的摻雜使得制得的鎳鈷錳酸鋰材料更加的堅硬，熱分解產生的沖擊僅僅使小范圍的鎳鈷錳酸鋰材料變得松散，因此需要在鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料未冷卻到室溫時將其投入水中使其變得更加松散。因此，本專利技術具有以下有益效果：（1）本專利技術中的鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料具有更高的放電容量和克容量；（2）本專利技術中的鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料為中空管狀結構，經進一步處理后，其管壁更為疏松，能夠緩解充放電過程中的體積膨脹問題；（3）本專利技術中利用了醋酯纖維中的無機填料鈦白粉，使其摻雜入鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的晶格中，改善鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的穩定性，能有效改善鋰離子電池在充放電循環過程中容量衰減問題。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術的技術方案作進一步的說明。實施例1一種鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法，包括以下步驟：a）按LiNi0.32Co0.32Mn0.32Yb0.04O2的化學計量比稱取碳酸鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳和氧化鐿，使Li、Ni、C本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：a）按LiNi0.32Co0.32Mn0.32Yb0.04O2的化學計量比稱取碳酸鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳和氧化鐿，使Li、Ni、Co、Mn和Yb的摩爾比為1：0.32：0.32：0.32：0.04，碳酸鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳和氧化鐿的總重量為200重量份；b）向步驟a稱取的原料中加入200～280重量份的無水乙醇，并球磨2～4小時，之后取出烘干得到鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰原料；c）向由步驟b制得的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰原料中加入60～90重量份的醋酯纖維和300～500重量份的氯化鉀氯化鈉混合熔鹽，再加入600～900重量份的無水乙醇，并球磨6～8小時，然后烘干；d）將經步驟c處理后的原料，在750～800℃下燒結4～6小時，燒結完成冷卻后，用水清洗所得的粉體，并烘干，制得鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料。

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：a）按LiNi0.32Co0.32Mn0.32Yb0.04O2的化學計量比稱取碳酸鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳和氧化鐿，使Li、Ni、Co、Mn和Yb的摩爾比為1：0.32：0.32：0.32：0.04，碳酸鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳和氧化鐿的總重量為200重量份；b）向步驟a稱取的原料中加入200～280重量份的無水乙醇，并球磨2～4小時，之后取出烘干得到鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰原料；c）向由步驟b制得的鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰原料中加入60～90重量份的醋酯纖維和300～500重量份的氯化鉀氯化鈉混合熔鹽，再加入600～900重量份的無水乙醇，并球磨6～8小時，然后烘干；d）將經步驟c處理后的原料，在750～800℃下燒結4～6小時，燒結完成冷卻后，用水清洗所得的粉體，并烘干，制得鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料。2.據權利要求1所述的一種鋰離子電池用鐿摻雜鎳鈷錳酸鋰材料的制備方法，其特征在于：所述步驟c中的醋酯纖維，其直徑為0.1～1μm，長度5～15μm。3.根據權利要求1或2所述的一種...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許國強，開明敏，楊繁科，汪惠蘋，羅加永，
申請(專利權)人：浙江長興金太陽電源有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33