本發(fā)明專利技術(shù)提供一種基于緩沖溶液體系制備富鋰材料表面修飾層的方法，包括如下步驟：將富鋰材料過篩后加入pH值為5.7～7.0的緩沖溶液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間為1～5天；對反應(yīng)所得產(chǎn)物依次進(jìn)行洗滌、抽濾和干燥處理，制得經(jīng)表面修飾的富鋰材料。本發(fā)明專利技術(shù)通過緩沖溶液對合成的鋰離子電池正極材料進(jìn)行有效的表面處理，使材料顆粒表面形成均勻無裸露的包覆層，經(jīng)該方法處理后的材料在較高的倍率下有更大的放電容量和更好的循環(huán)性能；該方法工藝簡單，成本低且無毒無害，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋰離子電池正極材料和電化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池正極納米材料的改性方法，具體涉及。
技術(shù)介紹
鋰離子電池于20世紀(jì)80年代開始興起，至90年代以得到飛速發(fā)展。近年來，由于傳統(tǒng)LiCoO2材料已不能滿足市場的需求，尋求高容量、高能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性好的鋰離子電池正極材料已成為國際研究與開發(fā)的熱點之一。在眾多有望替代LiCo2的正極材料中，富鋰材料(Li O2)以其較高的比容量為優(yōu)勢，引起了人們的廣泛關(guān)注。鋰離子電池富鋰材料 Li 02。雖然在室溫、4. 8-2. OV的充放電測試條件、18mA/g的電流密度下，Li O2材料的放電容量可高達(dá)250mAh/g，但目前這種材料仍存在著倍率性能差、循環(huán)穩(wěn)定性差等諸多缺點。一般來說，通過表面修飾的方式可以很好地改善富鋰材料的電化學(xué)性能。尤其是磷酸鹽類的表面修飾可以在材料表面形成物理保護(hù)層，抑制電極材料與電解液間的副反應(yīng)并能有效提高離子電導(dǎo)率。Wang 等(Wang, Q. Y. Liu, J. Murugan, A. Vadivel Manthiram, A.High capacitydouble-layer surface modified Li 02 cathode withimproved rate capability, Journal of Materials Chemistry, 2009, 19(28):4965-4972)就通過對Li O2材料進(jìn)行MPO4 (M=Co或Al )、Al2O3雙層表面修飾，使得材料在2C條件下首次放電比容量由未經(jīng)修飾樣品的153mAh/g提高至204mAh/g。但目前對電極材料粉體進(jìn)行表面修飾的手段，一部分如原子氣相沉積等很難實現(xiàn)工業(yè)化，而另一部分如溶膠凝膠法、沉淀法都無法達(dá)到均勻包覆的效果，并需要進(jìn)行較高溫度的熱處理。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供，通過緩沖溶液對合成的鋰離子電池正極材料進(jìn)行簡單有效的表面處理，使材料顆粒表面形成均勻無裸露的包覆層。經(jīng)該方法處理后的材料在較高的倍率下有更大的放電容量和更好的循環(huán)性能。該方法工藝簡單，易于操作，成本低且無毒無害，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案一種制備富鋰材料表面修飾層的方法，其特征在于，通過將富鋰材料與緩沖溶液反應(yīng)制備表面修飾層。進(jìn)一步地,上述方法具體包括如下步驟I)將富鋰材料過篩，篩孔徑為O. 045 O. 074mm ；2)將過篩后的富鋰材料加入pH值為5. Tl. O的緩沖溶液中進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)時間為I 5天；3)對反應(yīng)所得產(chǎn)物依次進(jìn)行洗滌、抽濾和干燥處理，制得經(jīng)表面修飾的富鋰材料。優(yōu)選地,采用Pechini法制備所述富鋰材料。優(yōu)選地，所述富鋰材料為Li O2，其中M為摻雜元素，可以是Al、Cr、Fe、Sn、Mg等元素中的一種或多種，優(yōu)選為Al。優(yōu)選地，步驟2)所述反應(yīng)在常溫、攪拌狀況下進(jìn)行；所述攪拌為磁力攪拌或機(jī)械攬拌，轉(zhuǎn)速為 150rpm-2000rpm。優(yōu)選地，步驟3)采用去離子水進(jìn)行所述洗滌，反復(fù)洗滌多次；采用真空烘箱進(jìn)行 所述干燥，干燥處理的溫度和時間沒有特別要求，一般選擇溫度為8(T10(TC，時間為3 24小時。所述緩沖溶液優(yōu)選為PBS溶液，此外還可以使用磷酸氫二鈉-檸檬酸、Britten-Robinson緩沖溶液、Clark-Lubs緩沖溶液、磷酸二氫鉀-硼砂緩沖溶液等。目前，緩沖溶液的應(yīng)用主要涉及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在制備表面修飾材料方面并沒有應(yīng)用。本專利技術(shù)根據(jù)對緩沖溶液自身性質(zhì)的研究，創(chuàng)造性地將其應(yīng)用于制備富鋰材料的表面修飾層，通過緩沖溶液對合成的鋰離子電池正極材料進(jìn)行有效的表面處理，使材料顆粒表面形成均勻無裸露的包覆層。富鋰材料中的Mn、Co、N1、Al等元素可與PO43+成分發(fā)生反應(yīng)，生成相應(yīng)的錳、鈷、鎳、鋁的磷酸鹽。在該反應(yīng)過程中，緩沖溶液不僅可以為反應(yīng)提供PO/+，還可以保持PH值的恒定，防止形成的磷酸鹽隨反應(yīng)過程中pH值的變化而發(fā)生溶解。本專利技術(shù)方法適用于摻雜或不經(jīng)摻雜的富鋰材料，比如當(dāng)材料中摻雜了 Al后，由于表面富鋁層的形成，會形成磷酸鋁鹽包覆，對電化學(xué)性能將有進(jìn)一步的提高。經(jīng)該種方法處理后的招慘雜樣品，材料在3OOmA/g的大電流下，穩(wěn)定放電比容量可由158mAh/g提聞至210mAh/g，說明材料經(jīng)表面修飾后電化學(xué)性能得到了大幅度提高。本專利技術(shù)方法只需要選擇合適的緩沖溶液體系與粉末狀的富鋰材料混合攪拌即可得到性能優(yōu)良的表面修飾材料，經(jīng)該方法處理后的材料在較高的倍率下有更大的放電容量和更好的循環(huán)性能。該方法工藝簡單，易于操作，成本低且無毒無害，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。附圖說明圖1為包覆前后富鋰正極材料的XRD圖。圖2為摻雜、包覆處理前后富鋰正極材料Li 02的TEM圖。圖3為摻雜、包覆處理前后富鋰正極材料Li [Lia2Mna54Alaci6NiaiC0ciJO2的TEM圖。圖4為經(jīng)不同反應(yīng)時間處理后在300mA/g電流密度下材料的穩(wěn)定循環(huán)容量圖。具體實施例方式下面通過具體實施例，并配合附圖，對本專利技術(shù)做詳細(xì)的說明。以下實施例的基于緩沖溶液體系制備富鋰材料表面修飾層的方法，其中富鋰材料都采用Pechini法制備(吳宇平，萬春榮，姜長印等.用溶膠一凝膠法制備鋰離子蓄電池材料，電源技術(shù)，2000, 24 (2) :112-114 ；Liu, W; Farrington, GC; Chaput, F. Synthesis andelectrochemicalstudies of spinel phase LiMn204 cathode materials prepared bythe Pechini process. JOURNAL OFTHE ELECTROCHEMICAL SOCIETY. 143(3):879-884.)。實施例1:(I)制備富鋰材料:按 Li O2 中 N1、Co、Mn、Li 的比例配制金屬醋酸鹽混合液；以檸檬酸、乙二醇的混合液為絡(luò)合劑加入該金屬醋酸鹽溶液中；將最終的混合液在80°C下旋蒸，形成溶膠；將溶膠至于150°C的真空烘箱中干燥6小時；最后在管式爐中空氣氣氛下450°C保溫6小時，850°C保溫15小時得到終產(chǎn)物L(fēng)i O2 ； (2)將已制得的 Li 02O該保溫處理并非必需的步驟，申請人通過多次實驗獲得的數(shù)據(jù)表明，未經(jīng)保溫處理的樣品與經(jīng)過保溫處理的樣品沒有明顯區(qū)別，但能起到進(jìn)一步的干燥作用。圖2為摻雜前富鋰正極材料Li O2的TEM圖。其中圖2(a)為 Li O2 材料的 TEM 圖；圖 2 (b)為該材料經(jīng) O.1M ρΗ7· O 的 PBS 緩沖溶液處理5天后樣品的TEM圖。從圖2(b)與圖2(a)對比可以看出，Li O2材料經(jīng)O.1M ρΗ7. O的PBS緩沖溶液處理表面形成了明顯的包覆層，這與處理前樣品的光滑表面形成了較為明顯的對比。實施例2 (I)制備富鋰材料按 Li O2 中 N1、Co、Mn、Li 的比例配制金屬醋酸鹽混合液；以檸檬酸、乙二醇的混合液為絡(luò)合劑加入金屬醋酸鹽溶液中；將最終的混合液在80°C下旋蒸，形成溶膠；將溶膠至于150°C的真空烘箱中干燥6小時；最后在管式爐中空氣氣氛下450°C保溫6小時，850°C保溫15小時得到終產(chǎn)物L(fēng)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種制備富鋰材料表面修飾層的方法，其特征在于，通過將富鋰材料與緩沖溶液反應(yīng)制備表面修飾層。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬進(jìn)，夏定國，
申請(專利權(quán))人：北京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。