本發明專利技術提供了一種鋰離子二次電池正極材料，用通式x(AlyZn1-yO)/(1-x)LiNi0.5Mn1.5O4表示，由AlyZn1-yO薄膜包覆LiNi0.5Mn1.5O4，其中0≤x≤0.5；0≤y≤0.2；本發明專利技術還提供了上述正極材料的制備方法，以及采用上述正極材料的鋰離子二次電池正極和鋰離子二次電池。采用廉價、環保的Al元素摻雜ZnO薄膜來對LiNi0.5Mn1.5O4材料進行表面修飾，一方面通過提高電子傳導率來提高材料的大電流放電特性，另一方面該薄膜的存在也能防止電解液在活性物質表面的分解，進而提高其高溫特性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池
，具體涉及一種鋰離子二次電池正極材料及其制備方法、鋰離子二次電池正極和鋰離子二次電池。
技術介紹
二次電池，又稱為充電電池，是在電池放電后可通過充電的方式使活性物質激活而繼續使用的電池。相對于干電池，二次電池的循環充電次數可達數千至數萬次，是一種新型的環保電池。目前市場上的二次電池主要包括鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池和鋰離子電池。鉛、酸電池價格便宜但含有污染環境的重金屬鉛，鎘鎳電池較為環保但能量密度較低，鎳氫電池能量密度較高但具有輕度的記憶效應，高溫環境下充放電效率差。相對于鉛酸電池、鎘鎳電池和鎳氫電池，鋰離子電池具有較高的比能量，放電曲線平衡，自放電率低，循環壽命較長，無記憶效應，對環境無污染，是近些年來發展起來的綠色電池。鋰離子二次電池包括正極、負極、設置在正極與負極之間的隔膜和電解液。其中，正極包括基體和涂覆在該基體上的涂覆材料，其中涂覆材料包括正極材料(正極活性物質)、導電材料和粘結劑。正極材料是鋰離子二次電池的關鍵原材料，由于正極材料在鋰離子二次電池中占有較大的重量比，因此正極材料性能決定了電池的體型、安全性和電學性倉泛。鋰離子電池由于具有較高的能量密度，長的循環壽命，較低的自放電率和環境友好等諸多優點，已經是目前手機，數碼相機，筆記本電腦等移動通訊設備的標準電源，同時，在新能源汽車，風力發電和太陽能發電的儲能方面也被人們寄予厚望。然而，如果要在這些方面成功進行推廣應用，鋰離子電池就必須在電池價格、安全性，使用壽命等方面做進一步的提升。當前鋰離子電池中使用的正極材料大多為LiCoO2，還有部分LiNihCoxO2' LiFePO4和LiMn2O415對于LiCoO2而言，由于鈷在地殼中的豐度很低，因此鈷的價格很昂貴，而且鈷具有一定的毒性，廢棄后對環境有不良影響^iNihCoxO2與LiCoO2相比，在實際使用容量方面有所提高，價格也有所降低，但是存在安全性較差等問題；LiFeP04具有結構穩定，原料便宜，循環性和安全性較好，對環境負擔較小等優點，但是也存在著合成成本較高，能量密度較低等問題；尖晶石LiMn2O4具有安全性好、倍率特性好、價格低，環保等優點，也是目前的一種主流正極材料，但其能量密度偏低，循環性能與高溫性能較差，很難滿足大型動力鋰離子電池和儲能電池的要求。LiNi0.5MnL504具有LiMn2O4同樣的晶體結構，因此也具有安全性高、倍率特性好的優點。更為重要的是它的工作電壓為4. 7V，高于LiMn2O4,因此具有更高的功率密度。但是也有一些不足，比如難以制備高純度樣品，高溫和大電流循環特性還需要改進等問題。導致高電壓鎳錳酸鋰材料高溫特性和大電流特性較差的原因有很多，比如高溫下的錳溶解，電解液分解，鋰離子擴散速率和電子導電率不足等等。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種鋰離子二次電池正極材料，使其具有優異的大電流放電特性和高溫特性。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案本專利技術的鋰離子二次電池正極材料，用通式χ (AlyZrvyO) / (l_x) LiNia5Mn1.504表示，由AlyZrvyO薄膜包覆LiNia5Mnh5O4,其中O彡χ彡O. 5 ;0彡y彡O. 2。本專利技術還提供了一種制備上述鋰離子二次電池正極材料的方法，具體包括下述步驟 I、按照摩爾比Ni:Mn=0. 5:1. 5稱取水溶性鎳源化合物和水溶性錳源化合物，力口入去離子水混合配成溶液，噴霧干燥所述溶液得到混合物，將所述混合物在空氣氣氛中70(T90(TC下恒溫煅燒l(T30h，自然冷卻后，得到鎳錳氧化物前軀體Nia5Mnh5O4，將所述鎳錳氧化物前軀體與鋰源化合物按摩爾比Nia5Mnh5O4 = Li= (O. 9^1) : (Tl. I)混合，研磨，再在空氣氣氛中60(T80(TC下恒溫燒結l(T30h，得到LiNia5Mnh5O4;所述的水溶性鎳源化合物選自醋酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳或硫酸鎳；所述的水溶性錳源化合物選自醋酸錳、硝酸錳、氯化錳或硫酸錳；所述的鋰源化合物選自醋酸鋰，硝酸鋰、氫氧化鋰或碳酸鋰。優選的，所述的水溶性鎳源化合物為醋酸鎳；所述的水溶性錳源化合物為醋酸錳；所述的鋰源化合物為氫氧化鋰。2、按照化學計量比稱取水溶性鋅源化合物、水溶性鋁源化合物和LiNia5Mnh5O4,將水溶性鋅源化合物和水溶性鋁源化合物加入蒸餾水溶解，滴加一定量的檸檬酸溶液，攪拌3(T60min，加入稱量好的LiNia 5MnL 504，將混合溶液在7(T90°C恒溫水浴中攪拌3 5h得到前驅體，將所得的前驅體在空氣氣氛中10(Γ120 下恒溫干燥12h，將得到的粉末在空氣氣氛中50(T70(TC下恒溫預燒4 6h，自然冷卻后，再在空氣氣氛中70(T90(TC下恒溫燒結8 10h，得到Al摻雜ZnO薄膜包覆的新型AZO-LiNia5Mnh5O4復合正極材料，其中AZO表示Al摻雜ZnO0所述的水溶性鋅源化合物選自醋酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅或硫酸鋅；所述的水溶性鋁源化合物選自醋酸鋁、硝酸鋁、氯化鋁或硫酸鋁。優選的，所述的水溶性鋅源化合物為醋酸鋅；所述的水溶性鋁源化合物為硝酸鋁。進一步的，本專利技術提供一種鋰離子二次電池正極，包括基體和置于基體表面的涂覆材料，所述涂覆材料包括上述的正極材料、導電材料和粘接劑。進一步的，本專利技術還提供一種鋰離子二次電池，包括上述鋰離子二次電池正極、負極、設置在正極和負極之間的隔膜和電解液。本專利技術采用廉價、環保的Al元素摻雜ZnO薄膜來對LiNia5Mr^5O4材料進行表面修飾，一方面通過提高電子傳導率來提高材料的大電流放電特性，另一方面該薄膜的存在也能防止電解液在活性物質表面的分解，進而提高其高溫特性。綜上所述，通過本專利技術中使用的合成方法和條件，可以方便快速的制備具有良好的結晶度、較高的純度和優異的倍率放電特性和高溫循環特性的新型正極材料。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關本專利技術的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本專利技術比較例I及實施例f4中獲得的樣品的X射線衍射圖；圖2是本專利技術比較例2及實施例5飛中獲得的樣品在室溫不同倍率下的循環特性圖；圖3是本專利技術比較例3及實施例7中獲得的樣品在高溫大電流下的循環特性圖。具體實施例方式本專利技術公開了一種鋰離子二次電池正極材料，用通式χ (AlyZrvyO) / (1-χ)LiNi0.5MnL504 表示，由 AlyZrvyO 薄膜包覆 LiNi。. 5Μη1 504，其中 O彡 χ彡 0.5;0 彡y 彡0.2。 本專利技術還提供了一種制備上述鋰離子二次電池正極材料的方法，具體包括下述步驟I、按照摩爾比Ni:Mn=0. 5:1. 5稱取水溶性鎳源化合物和水溶性錳源化合物，加入去離子水混合配成溶液，噴霧干燥所述溶液得到混合物，將所述混合物在空氣氣氛中70(T90(TC下恒溫煅燒l(T30h，自然冷卻后，得到鎳錳氧化物前軀體Nia5Mnh5O4，將所述鎳錳氧化物前軀體與鋰源化合物按摩爾比Nia5Mnh5O4 = Li= (O. 9^1) : (Tl. 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鋰離子二次電池正極材料，其特征在于：用通式x(AlyZn1?yO)/(1?x)LiNi0.5Mn1.5O4表示，由AlyZn1?yO薄膜包覆LiNi0.5Mn1.5O4，其中0≤x≤0.5；0≤y≤0.2。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李德成，孫洪丹，劉偉偉，方國清，夏丙波，吳晶晶，王海波，
申請(專利權)人：蘇州大學，
類型：發明
國別省市：
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