一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料及制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料及制備方法，屬于鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，將錳基鋰離子電池正極材料粉末分散到LiNO

High performance manganese based lithium ion battery cathode material and preparation method thereof

The invention discloses a high-performance manganese base lithium ion battery anode material and a preparation method thereof, belonging to the cathode material field of the lithium ion battery, and dispersing the anode material powder of the manganese based lithium ion battery into the LiNO

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料及制備方法
本專利技術(shù)屬于鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，涉及一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料及制備方法。
技術(shù)介紹
新能源行業(yè)是目前全球改善能源短缺及環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。鋰離子電池由于具有高的工作電壓，且無(wú)記憶效應(yīng)、自放電小、能量密度大和循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注。目前鋰離子電池主要朝高能量密度、低生產(chǎn)成本、高安全方向發(fā)展。錳是在地殼中廣泛分布的元素之一，因此原材料成本相對(duì)較低。目前錳基材料是鋰離子電池正極材料重要發(fā)展方向。尖晶石錳酸鋰以及元素?fù)诫s特別是鎳摻雜的鎳錳酸鋰因具有較高的電壓平臺(tái)，且價(jià)格低、容量高、環(huán)境友好，至今一直受到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者及研究人員的極大關(guān)注。三元鎳鈷錳材料具有熱穩(wěn)定性好、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前行業(yè)內(nèi)追求高能量密度的主要發(fā)展方向。但錳基正極材料在循環(huán)過(guò)程中，會(huì)發(fā)生金屬元素溶解，尤其是Mn離子易溶出并在負(fù)極表面沉積，從而阻止了鋰離子的快速擴(kuò)散，并導(dǎo)致電池在循環(huán)過(guò)程中容量衰減。為了減少錳溶出，減小正極材料和電解液接觸面積，抑制電解液對(duì)正極材料的侵蝕，降低電解液與活性材料界面電阻，對(duì)正極材料進(jìn)行表面包覆，可以有效改善電池的循環(huán)性能。近年來(lái)，Al2O3、ZrO2、LiAlO2、TiO2、AlPO4等化合物已應(yīng)用于錳基正極材料的包覆，且方法多以金屬醇鹽或烷基金屬鹽為前驅(qū)體，用溶膠凝膠法制備從而得到表面有一層包覆物的正極材料，通常包覆后會(huì)影響正極材料的克容量及倍率性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種高性能的錳基的鋰離子電池正極材料及制備方法，可以抑制錳離子的溶出，有效的減小了電解液與正極材料的界面膜阻抗，并能顯著改善循環(huán)及倍率性能。本專利技術(shù)的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料，所述正極材料為在錳基鋰離子電池正極材料的表面均勻包覆有LiGaO2。優(yōu)選地，所述錳基鋰離子電池正極材料為鎳鈷錳酸鋰、富鋰、錳酸鋰以及摻雜的錳酸鋰中的一種。制備所述一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料的方法，該方法包括如下步驟：(1)按照LiGaO2占待包覆錳基鋰離子電池正極材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5-3％的量稱取LiNO3和Ga(NO3)3,溶于去離子水中，將待包覆錳基鋰離子電池正極材料粉末分散到該溶液中，在室溫下攪拌,干燥，得到LiGaO2包覆的錳基鋰離子電池正極材料的前驅(qū)體；(2)將LiGaO2包覆的鋰離子電池錳基正極材料的前驅(qū)體在600℃-800℃下熱處理，即得到本專利技術(shù)所述的高性能的錳基鋰離子電池正極材料。進(jìn)一步方案，所述步驟(1)中攪拌時(shí)間大于0.5h。進(jìn)一步方案，所述步驟(1)中干燥條件為：80℃-100℃溫度范圍動(dòng)態(tài)干燥。進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中熱處理時(shí)間大于3h。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)主要是利用一種能夠提供和接收鋰離子以提高正極材料離子傳導(dǎo)率的離子導(dǎo)體LiGaO2包覆在錳基鋰離子電池正極材料的表面，抑制了錳基活性材料表面鈍化膜的形成，降低了電解液與電極材料的界面電阻，并減少了錳離子的溶出，從而使得鋰離子電池具有更好的循環(huán)性能，并提高了電池的容量和倍率性能。此外，本專利技術(shù)得到的LiGaO2包覆的鋰離子電池錳基正極材料制備方法簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例1中包覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％LiGaO2的鎳錳酸鋰正極材料與未包覆的倍率性能對(duì)比圖。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例1中包覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％LiGaO2的鎳錳酸鋰正極材料與未包覆的循環(huán)性能對(duì)比圖。具體實(shí)施方式為了對(duì)本專利技術(shù)有更深的了解，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，但是本方面的實(shí)施例僅僅是為了解釋本專利技術(shù)，并非限制本專利技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員在有沒(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，均屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。實(shí)施例1質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％LiGaO2包覆的鎳錳酸鋰正極材料的制備稱量0.571gLiNO3和2.118gGa(NO3)3溶于10mL去離子水，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌直至溶解，將30gLiNi0.5Mn1.5O4基體粉末分散到溶液中，在室溫下攪拌1h，80℃動(dòng)態(tài)干燥，隨后在700℃下熱處理5h，即得到目標(biāo)高性能LiGaO2包覆的鎳錳酸鋰鋰離子電池正極材料。將所制備的LiGaO2包覆的鎳錳酸鋰材料與未包覆鎳錳酸鋰材料裝配成2016型扣式電池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，圖1、圖2分別為兩種材料的倍率及循環(huán)性能對(duì)比。其中未包覆的鎳錳酸鋰材料在不同倍率(0.2C、0.5C、1C、2C、3C)下充放電，對(duì)應(yīng)的放電比容量分別為129.1、129.3、128.5、127.1、125.5mAh/g。3C循環(huán)200周容量保持率為88％。本專利提供的方法得到LiGaO2包覆的鎳錳酸鋰材料不同倍率(0.2C、0.5C、1C、2C、3C)下充放電，對(duì)應(yīng)的放電比容量分別為133.2、132.8、132.1、131.3、130.3mAh/g。3C循環(huán)200周容量保持率為95％。實(shí)施例2質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％LiGaO2包覆富鋰層狀鋰離子電池正極材料Li1.2Ni0.25Mn0.75O2的制備稱量0.127gLiNO3和0.471gGa(NO3)3溶于10mL去離子水，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌直至完全溶解，將20gLi1.2Ni0.25Mn0.75O2基體粉末分散到溶液中，用磁力攪拌器在室溫下攪拌1.5h，90℃動(dòng)態(tài)干燥，隨后在650℃下熱處理6h，即得到目標(biāo)LiGaO2包覆的富鋰鋰離子電池正極材料。將所制備的LiGaO2包覆的富鋰層狀材料裝配成2016型扣式電池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，得到不同倍率(0.2C、0.5C、1C、2C)下充放電，對(duì)應(yīng)的放電比容量分別為256.4、243.2、235.4、229.1mAh/g。1C循環(huán)200周容量保持率為79％。實(shí)施例3質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5％LiGaO2包覆三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制備稱量0.095gLiNO3和0.353gGa(NO3)3溶于10mL去離子水，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌直至完全溶解，將30gLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2基體粉末分散到溶液中，用磁力攪拌器在室溫下攪拌2h，100℃下動(dòng)態(tài)干燥，隨后在650℃下熱處理4h，即得到目標(biāo)LiGaO2包覆的三元鋰離子電池正極材料。將所制備的LiGaO2包覆的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2裝配成2016型扣式電池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，得到的LiGaO2包覆的三元材料在不同倍率(0.2C、0.5C、1C、2C、3C)下充放電，對(duì)應(yīng)的放電比容量分別為162.1、155.3、143.1、141.3、135.7mAh/g。3C循環(huán)100周容量保持率95％。以上內(nèi)容僅僅是對(duì)本專利技術(shù)所作的舉例和說(shuō)明，所屬本
的技術(shù)人員對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離專利技術(shù)的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍，均應(yīng)屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述正極材料為在錳基鋰離子電池正極材料的表面均勻包覆有LiGaO

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述正極材料為在錳基鋰離子電池正極材料的表面均勻包覆有LiGaO2。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料，其特征在于，所述錳基鋰離子電池正極材料為鎳鈷錳酸鋰、富鋰、錳酸鋰以及摻雜的錳酸鋰中的一種。3.制備權(quán)利要求1或2所述一種高性能的錳基鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)按照LiGaO2占待包覆錳基鋰離子電池正極材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5-3％的量稱取LiNO3和Ga(NO3)3,溶于去離子水中，將待包覆錳基鋰離子電池正極材料粉末分散到該溶液中，在室溫下攪拌,干燥，得到LiGaO2包覆的錳基鋰離子電池正極材料的前驅(qū)體；(2)將LiGaO2包覆的錳基鋰離子電池...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：樊少娟，楊立銘，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：安徽,34