本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種鋰離子電池球形電極材料的制備方法。包括下述步驟：（1）首先稱(chēng)取鋰鹽、錳鹽、鈷鹽和尿素，使金屬離子Li：Mn：Co的比例為1.033:0.067:0.9～1.3:0.6:0.1，總金屬離子和尿素的比例為1:1.7，將稱(chēng)取的金屬鹽和尿素溶于無(wú)水乙醇，得到乙醇溶液；（2）將步驟（1）得到的乙醇溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜于160℃～250℃熱處理12~24?h；（3）將步驟（2）獲得的鋰鈷錳氧化物正極材料前驅(qū)體進(jìn)行700℃～1000℃高溫?zé)崽幚?～16h后，進(jìn)行冷卻處理，獲得球形鋰鈷錳氧化物正極材料粉體。用該方法制備的電極材料，其形貌為自組裝球，具有高比容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及鋰離子電池領(lǐng)域中的一種鋰離子電池球形電極材料的制備方法。
技術(shù)介紹
由于鋰離子電池具有工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電低、安全性能好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、動(dòng)力裝置、航空航天、空間技術(shù)等領(lǐng)域。隨著電動(dòng)車(chē)等大功率電力設(shè)備以及便攜式電子設(shè)備的普及，對(duì)電極材料提出了新的要求一高功率密度、高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高體積比容量已成為了當(dāng)前電池生產(chǎn)的主流。電極材料的形貌在一定程度上決定材料的性能，而球形電極材料具有最好的體積比容量和循環(huán)壽命。目前，共沉淀法制備球形電極材料前驅(qū)體在鋰離子電池氧化物球形正極材料的合成上研究最 多。然而，該方法具有很多不足之處(I)必須精確控制過(guò)渡金屬鹽溶液、氫氧化物溶液、氨水溶液等的流量，精確控制反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)液的PH值；(2)先制備過(guò)渡金屬氫氧化物前驅(qū)物，再與鋰鹽混合的工藝，不但使生產(chǎn)復(fù)雜化，而且不利于產(chǎn)品的均勻性；(3)為了形成過(guò)渡金屬共沉物，不得不在氣體保護(hù)的條件下加入沉淀劑，這樣一來(lái)又使得生產(chǎn)復(fù)雜化，提高了生產(chǎn)成本，且不利于大規(guī)模生產(chǎn)；(4)過(guò)渡金屬氫氧化物之間不同的溶度積導(dǎo)致前驅(qū)體組份波動(dòng)，使產(chǎn)品的重復(fù)性差。本專(zhuān)利技術(shù)采用的方法，很好的解決了上述不足，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，提高了產(chǎn)品的性能。采用本專(zhuān)利技術(shù)方法制備的材料，產(chǎn)品性能優(yōu)異，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，易于控制，重復(fù)性好，成本低，具有大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種鋰離子電池球形電極材料的制備方法。本專(zhuān)利技術(shù)所提供的球形電極材料的制備方法合成的電極材料，其形貌為自組裝球，大大提聞了電極材料的振實(shí)密度，從而提聞了材料的體積比容量和循環(huán)壽命。本專(zhuān)利技術(shù)提供的球形電極材料的制備方法，包括如下技術(shù)方案該方法包括以下步驟(I)首先稱(chēng)取鋰鹽、錳鹽、鈷鹽和尿素，使金屬離子Li :Mn Co的比例為I. 033:0. 067:0. 9 I. 3:0. 6:0. 1，總金屬離子和尿素的比例為1:1. 7，將稱(chēng)取的金屬鹽和尿素溶于無(wú)水乙醇，得到乙醇溶液；(2)將步驟(I)得到的乙醇溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜于160°C 250°C熱處理I2 24 h ；(3)將步驟(2)獲得的鋰鈷錳氧化物正極材料前驅(qū)體進(jìn)行700°C 1000°C高溫?zé)崽幚? 16h后，進(jìn)行冷卻處理，獲得球形鋰鈷錳氧化物正極材料粉體。所述步驟(I)中的鋰鹽為乙酸鋰、硝酸鋰、氯化鋰中的一種或幾種；錳鹽為乙酸錳、硝酸錳、氯化錳中的一種或幾種；鈷鹽為乙酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷中的一種或幾種。所述步驟(3)中冷卻處理方式為室溫下淬火、液氮中淬火或冰水混合物中淬火。本專(zhuān)利技術(shù)采用溶劑熱法制備的球形電極材料，以無(wú)水乙醇為溶劑，使鋰離子與過(guò)渡金屬離子一起析出，解決了以往水熱法中鋰離子未能與過(guò)渡金屬離子一起析出的問(wèn)題，大大提高了產(chǎn)品的分散均勻程度和均一性；本專(zhuān)利技術(shù)采用的方法沒(méi)有引入雜質(zhì)離子，顯著提高了產(chǎn)品的純度，解決了雜質(zhì)離子對(duì)材料性能造成危害的問(wèn)題；最重要的是，本專(zhuān)利技術(shù)采取的方法制備的電極材料，其形貌為自組裝球，大大提高了材料的振實(shí)密度、體積比容量和循環(huán)性能。此外，本專(zhuān)利技術(shù)采取的方法，操作簡(jiǎn)單，有助于程序化生產(chǎn)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。本專(zhuān)利技術(shù)采用的合成方法不局限于本專(zhuān)利技術(shù)公布的材料，還可以用于其他材料的合成，該方法具有廣闊的應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明圖I為實(shí)施例I Lih2Mna4Coa4O2正極材料粉體的X-射線(xiàn)衍射圖譜。圖2為實(shí)施例I Lih2Mna4Coa4O2正極材料粉體的SEM圖。 圖3為實(shí)施例I用Lih 2Mn0.4Co0.402正極材料粉體作為正極在室溫下ZOmAg—1，60mAg_1, IOOmAg-1, 200mAg_1 時(shí)的充放電曲線(xiàn)。圖4為實(shí)施例I用Lih 2Mn0.4Co0.402正極材料粉體作為正極在室溫下ZOmAg—1，60mAg_1, IOOmAg-1, 200mAg_1 時(shí)的循環(huán)性能曲線(xiàn)。具體實(shí)施例方式本專(zhuān)利技術(shù)的主要實(shí)施過(guò)程是(I)首先稱(chēng)取鋰鹽、錳鹽、鈷鹽和尿素，使金屬離子Li :Mn Co的比例為I. 033:0. 067:0. 9 I. 3:0. 6:0. 1，總金屬離子和尿素的比例為1:1. 7，將稱(chēng)取的金屬鹽和尿素溶于無(wú)水乙醇，得到乙醇溶液；(2)將步驟(I)得到的乙醇溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜于一定溫度下熱處理12 24 h ；(3)將步驟(2)獲得的鋰鈷錳氧化物正極材料前驅(qū)體進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗屠鋮s處理后，獲得球形鋰鈷錳氧化物正極材料粉體。以下通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步闡明本專(zhuān)利技術(shù)的特點(diǎn)，但不局限于實(shí)施例。下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特別說(shuō)明，均為常規(guī)方法。實(shí)施例I :Li^2Mna4Coa4O2 正極材料以乙酸鋰，乙酸錳，乙酸鈷及尿素為起始原料，將O. 9804g乙酸錳、O. 9964g乙酸鈷、I. 2855g乙酸鋰、2. 0609g尿素溶于無(wú)水乙醇，得乙醇溶液；再將乙醇溶液轉(zhuǎn)入IOOmL反應(yīng)釜中并于200°C熱處理24h，抽濾并于160°C干燥得到鋰鈷錳氧化物正極材料的前驅(qū)體；將干燥好的前驅(qū)體裝入坩堝，于箱式爐內(nèi)以4°C /min的升溫速度升溫到900°C下加熱12h，并于室溫下淬火，即可得到Li12Mnci 4Coa4O2粉體材料。粉體材料的XRD測(cè)試結(jié)果顯示，合成的粉體具有層狀巖鹽結(jié)構(gòu)(R3m)，如圖I所示。粉體材料的SEM測(cè)試結(jié)果顯示，合成的粉體材料為自組裝球，二次顆粒粒徑大小為廣2 ym,如圖2所示。采用扣式電池進(jìn)行測(cè)試，混合粉體、導(dǎo)電碳黑和粘結(jié)劑PVDF (聚偏氟乙烯)的質(zhì)量比為8:1:1，金屬鋰片為對(duì)極，Imol · Γ1 LiPF6/EC+DMC+EMC (體積比I :1 :1)為電解液，聚丙烯材料為隔膜，電池測(cè)試系統(tǒng)為NEWARE TC53，充放電電壓窗口為2. O 4. 6V，充放電電流密度分別選取20mA · g'60mA · g'lOOmA · 200mA · g_\該材料作為鋰離子電池的正極時(shí)表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。扣式電池測(cè)試結(jié)果顯不，在20mA *g_1>60mA *g_1>IOOmA *g_1>200mA *g_1的充放電電流密度下，首次放電比容量分別為261mAh · g'212mAh · g' 177mAh · g' 165mAh · g_1,如圖3所示；經(jīng)過(guò)24次充放電之后，它們的放電比容量分別為229mAh *g^U92mAhf1、142mAh · g-1,如圖 4 所示。實(shí)施例2 =Li1.067Mn0.133Co0.802 正極材料以乙酸鋰，乙酸錳，乙酸鈷及尿素為起始原料，將O. 3260g乙酸錳、I. 9927g乙酸鈷、I. 1430g乙酸鋰、2. 0609g尿素溶于無(wú)水乙醇，得乙醇溶液；再將乙醇溶液轉(zhuǎn)入IOOmL反應(yīng)釜中并于200°C熱處理24h，抽濾并于160°C干燥得到鋰鈷錳氧化物正極材料的前驅(qū)體；將干燥好的前驅(qū)體裝入坩堝，于箱式爐內(nèi)以4°C /min的升溫速度升溫到900°C下加熱12h，并于室溫下淬火，即可得到Lil tl67Mntl. 133Co0.802粉體材料。粉體材料的XRD測(cè)試結(jié)果顯示，合成的粉體具有層狀巖鹽結(jié)構(gòu)(R3m)。粉體材料的SEM測(cè)試結(jié)果顯示，合成的粉體材料為自組裝球，二次顆粒粒徑大小為廣2 μ m0采用扣式電池進(jìn)行測(cè)試，混合粉體、導(dǎo)電碳黑和粘 結(jié)劑PVDF 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋰離子電池球形電極材料的制備方法，包括下述步驟：（1）首先稱(chēng)取鋰鹽、錳鹽、鈷鹽和尿素，使金屬離子Li：Mn：Co的比例為1.033:0.067:0.9～1.3:0.6:0.1，總金屬離子和尿素的比例為1:1.7，將稱(chēng)取的金屬鹽和尿素溶于無(wú)水乙醇，得到乙醇溶液；（2）將步驟（1）得到的乙醇溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜于160℃～250℃熱處理12~24？h；（3）將步驟（2）獲得的鋰鈷錳氧化物正極材料前驅(qū)體進(jìn)行700℃～1000℃高溫?zé)崽幚?～16h后，進(jìn)行冷卻處理，獲得球形鋰鈷錳氧化物正極材料粉體。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰離子電池球形電極材料的制備方法，包括下述步驟 (1)首先稱(chēng)取鋰鹽、錳鹽、鈷鹽和尿素，使金屬離子Li:Mn Co的比例為I.033:0. 067:0. 9 I. 3:0. 6:0. 1，總金屬離子和尿素的比例為1:1. 7，將稱(chēng)取的金屬鹽和尿素溶于無(wú)水乙醇，得到乙醇溶液； (2)將步驟(I)得到的乙醇溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，并將反應(yīng)釜于160°C 250°C熱處理12 24 h ； (3)將步驟(2)獲得的鋰鈷錳氧化物正極材料前驅(qū)體進(jìn)行700°C 1000°C高溫?zé)崽幚? ...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李莉萍，羅冬，張新會(huì)，關(guān)翔鋒，楊流賽，李廣社，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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