本發明專利技術屬于鋰離子電池技術領域，具體公開了一種性能優異的高比能鋰離子電池正極材料及其制備方法。所述的鋰離子電池正極材料的化學表達通式為Li1+XM1-XO2，其中，M代表鎳、鈷、錳三種金屬元素，該鎳、鈷、錳三種金屬元素的比例為0.21:0.12:0.67；其中X范圍為：0.17≤X≤0.25。所述的制備方法是通過共沉淀方法制備包含有鎳、鈷、錳三種金屬的過渡金屬鹽前驅體，然后將該過渡金屬鹽前驅體與鋰鹽按比例通過濕法混合均勻后，在高溫下煅燒得到。通過本發明專利技術所制備的鋰離子電池正極材料的比容量大于250mAh/g，具有較低的首次不可逆容量和良好的循環穩定性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰離子電池
，特別是涉及到。
技術介紹
鋰離子二次電池是1990年由日本索尼公司率先成功推出的新型綠色高能可充電電池，是當今國際公認的理想化學電源，具有電壓高、能量密度大、循環壽命長、自放電小、無記憶效應、工作溫度范圍寬、無污染等眾多優點，被廣泛用于移動電話、手提電腦、便攜式電動工具、武器裝備等。隨著鋰離子電池的日益發展，具有高能量密度、高功率密度、高安全和低成本成為鋰電池領域的研究熱點。作為鋰離子電池關鍵功能材料之一，正極材料是電池中鋰離子之源，其性能直接關系到電池性能，是鋰電能量密度基礎。目前已經商業化的正極材料比容量還沒有超過200mAh/g，嚴重制約了新一代高性能鋰離子電池的發展進程。富鋰錳基層狀正極材料因其具有高比容量而引起極大關注，被認為是目前最具前景的高能量密度鋰離子電池的正極候選材料。美國Argonne實驗室在2004年以富鋰錳基層狀正極材料為主題首次公開報道:在美國專利US6677082中公開了一種xLi [Li1/3Mn2/3]O2.(1-x) LiMO2 (Μ為過渡金屬，O ^ X ^ I)富鋰錳基固溶體材料。該類材料的化學通式為LipxMhO2(M=Cc), Ni，Mn等多種金屬原子的組合)，結構與a -NaFeO2層狀構型相同，屬于六方晶系，R_3m空間群。理論比容量大于300mAh/g，且實際比容量大于200mAh/g。中國專利CN03126255.4中公開的該類材料中首次放電比容量可達181mAh/g，首次放比電容量可達其充電比容量的90%，在該專利中材料的化學計量式鋰與鎳、鈷、錳的原子量之比為1.1:1，而鎳鈷錳三種元素的原子量之比為I ;中國專利CN200410101824.4中公開了該類材料的一種制備方法，專利中公開了該材料摻雜Al或摻雜金屬Cr的制備方法，用于改善材料的電化學性能，但是在專利中沒有見到所制備的材料的電化學性能數據；另外在中國專利CN201110111035.9中公開了一種該類材料的合成方法，并分別利用過硫酸鈉和過硫酸鉀對該材料進行了表面處理，處理后材料的首次放電比容量分別為242mAh/g和234mAh/g，充放電效率為82.3%和78.65%，可見經過表面處理后材料的放電容量較低，且充放電效率仍有待提高；在已公開的中國專利CN201210199500.3合成了一種化學Li [Li0.167Ni0.166Co0.166Mn0.500] O2的該類材料，首次放電比容量小于225mAh/g，首次放電容量較低，該專利中并未說明材料的循環性能。綜上所述，富鋰錳基正極材料展現了良好的應用前景，是下一代高比能鋰離子電池所需關鍵材料之一。但對于實際應用還存在 諸多問題:(1)材料首次充電中會析出氧氣，材料結構發生變化，導致循環穩定性較差和較大的不可逆容量；(2)材料經過多次充放電之后，電壓平臺衰退嚴重；(3)材料的導電性能較差，不利于大電流充放電
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的不足而提供一種性能優異的高比能鋰離子電池正極材料及其制備方法。本專利技術是這樣實現的，一種鋰離子電池正極材料，其化學表達通式如下:L HxO2其中，M代表鎳、鈷、錳三種金屬元素，且該三種金屬元素的比例為0.21:0.12:0.67,0.17 彡 X 彡 0.25。所述鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟:I)利用共沉淀法制備過渡金屬鹽前軀體將摩爾比0.21:0.12:0.67的含鎳、鈷、錳金屬元素的分析純硫酸鹽溶于去離子水中，形成金屬元素濃度為2mol/L的溶液；將前述溶液加入反應爸中，然后將沉淀劑緩緩加入反應爸中，用堿性物調節溶液pH值在7.5-7.7,進行共沉淀反應；取共沉淀反應生成的沉淀物用去離子水洗滌后干燥得到所述過渡金屬鹽前驅體；2)利用固相反應法制備正極材料按摩爾比1.4:1將鋰源和所述過渡金屬鹽前驅體通過濕法混合均勻后高溫燒結，獲得該正極材料。所述的沉淀劑為碳酸鹽。所述的碳酸鹽選自碳酸鈉、碳酸鋰中的一種。所述的鋰源選自碳酸鋰、乙酸鋰、氫氧化鋰的一種。所述堿性物選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨水中的一種。本專利技術中，共沉淀反應時間大于14h。本專利技術中，高溫燒結時，首先在500°C預熱燒結8h，然后在800°C、00°C下燒結12h。 本專利技術中，高溫燒結采用箱式馬弗爐。本專利技術鋰離子電池正極材料具有較大的放電比容量，且在沒有任何表面修飾的條件下，首次放電效率有了極大的提高，降低了材料的首次不可逆容量，循環性能較好，有利于推廣富鋰錳基正極材料在實際中的應用，具有重大的生產實踐意義。附圖說明圖1為實施例f 3制備的正極材料的XRD ；圖2為實施例f 3制備的正極材料的SEM ；圖3為實施例f 3制備的正極材料制作的測試電池的首次充放電曲線；圖4為實施例2制備的正極材料制作的測試電池的循環性能曲線。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本專利技術進行進一步詳細說明。本專利技術所述的鋰離子電池正極材料，其化學表達通式如下:LHxO2其中，M代表鎳、鈷、錳三種金屬元素，且該三種金屬元素的比例為0.21:0.12:0.67,0.17 彡 X 彡 0.25。所述的鋰離子正極材料可以是以下化學式表示的一種:Li1 17 (Ni0.2iCo0.12Mn0,67) 0.83〇2、Li1 2 (Ni0.2iCo0.12Mn0,67) 0.80〇2、Li1 23 (Ni0.2iCo0.^Mn0,67) 0.77。2、Li1.26 (Ni0.2lCo0.12祖10.67) 0.74。2。所述正極材料的制備:實施例1I)利用共沉淀法制備過渡金屬鹽前軀體取摩爾比為0.21:0.12:0.67的含有過渡金屬鎳、鈷、錳三種金屬元素的具有分析純的硫酸鹽，溶于適量去離子水中，形成金屬元素離子濃度為2mol/L的溶液，然后將該溶液加入5L玻璃反應釜中，調節反應釜中攪拌的速度為400rpm，調節反應釜水浴溫度為55°C，利用蠕動泵將碳酸鹽加入到反應釜中，并調節溶液的pH值，使其在7.6，控制適當進料速率，反應時間控制為14h，過濾上述懸浮液，取沉淀部分并用去離子水洗滌，在空氣中100°C干燥12h，后得到渡金屬鹽前軀體；2)利用固相反應法制備正極材料將氫氧化鋰和渡金屬鹽前驅體按照摩爾比為1.4:1比例，利用行星式球磨機進行濕法混合均勻，選用酒精做分散劑，將混合均勻的材料80°C條件下烘干，利用馬弗爐進行高溫燒結，燒結時，先在500°C預燒8h，然后在800°C高溫燒結12h，在燒結過程中升溫、降溫速率分別為2V /m in和5°C /min，燒結后形成的正極材料的化學式為Lihl7(Nia21C0ai2Mna67)0.83 O所述的行星式球磨機用的球磨容器可以為剛玉球磨罐、瑪瑙球磨罐、聚氨酯球磨罐、尼龍球磨罐或碳化鎢球磨罐，所用的球磨罐具有的球有氧化鋯球、剛玉球、瑪瑙球、聚氨酯球。實施例2按照實施例1的方法制備該鋰離子電池正極材料，高溫燒結的溫度改為在850°C高溫燒結12h。實施例3按照實施例1的方法制備該鋰離子電池正極材料，高溫燒結的溫度改為在900°C高溫燒結12h。本專利技術采用CR2430型扣式半電池評價各實施例f 3所得到的電池正極材料。該C本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鋰離子電池正極材料，其特征在于，其化學表達通式如下：Li1+XM1?XO2其中，M代表鎳、鈷、錳三種金屬元素，且該三種金屬元素的比例為0.21:0.12:0.67，0.17≤X≤0.25。
【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池正極材料，其特征在于，其化學表達通式如下: Li1+xM1-xO2 其中，M代表鎳、鈷、錳三種金屬元素，且該三種金屬元素的比例為0.21:0.12:0.67，0.17 ≤ X ≤ 0.25。2.—種權利要求1所述鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)利用共沉淀法制備過渡金屬鹽前軀體 將摩爾比0.21:0.12:0.67的含鎳、鈷、錳金屬元素的分析純硫酸鹽溶于去離子水中，形成金屬元素濃度為2mol/L的溶液；將前述溶液加入反應爸中，然后將沉淀劑緩緩加入反應釜中，用堿性物調節溶液pH值在7.5-7.7，進行共沉淀反應；取共沉淀反應生成的沉淀物用去離子水洗滌后干燥得到所述過渡金屬鹽前驅體； 2)利用固相反應法制備正極材料 按摩爾比1....
【專利技術屬性】
技術研發人員：孟海星，金慧芬，高俊奎，步紹寧，王碩，
申請(專利權)人：天津力神電池股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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