氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法
2023-10-05 06:43:44 3
專利名稱：氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池材料製備領域，尤其涉及氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法。
背景技術：
近年來微電子及相關技術得到了迅速發展，現代社會對鋰離子電池的能量密度、體積、循環壽命、安全性等方面的要求越來越高，一般的正極材料例如LiCo02、LiMn2O4,LiFePO4、三元等越來越不能滿足人們對高容量、高能量密度儲能設備的需求。層狀富鋰正極材料 XLi2MnO3.(1-χ)LiMO2(M=Mn, Ni, Co, Ni0.5Mn0.5, Cr, Fe)是一種 a -NaFeO2 型固溶體材料，由層狀的Li2MnO3和LiM02 (M=Mn, Ni，Co，Nia5Mna5, Cr，Fe)形成的，以其特有的高比容量(20(T300mAh/g)，成為人們研究的熱點。
雖然上述層狀材料具有優異的電化學性能，但是目前存在的最主要的問題是:1)首次充放電效率低；2)循環穩定性差。針對這些問題，已報導的改性方法主要包括對材料進行摻雜改性和表面氧化物包覆等。但是這些方法製備的XLi2MnO3.(1-X)LiMO2材料性能依然並沒有達到實際應用的要求，因此迫切需要對其進行改進與優化，使其具有良好的性能，實現工業化生產，造福人類。
發明內容
本發明的目的是提供一種循環穩定性好、首次庫倫效率高的氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法。為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案:一種氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法，包括以下步驟:a、將富鋰正極材料放入加熱爐中，加熱到300-500°C ；b、然後再向加熱爐中通入氨氣，在300-500°C的條件下保溫l_3h ；C、冷卻至室溫，即得到表層含有氮化物的富鋰正極材料。由於採用以上技術方案，富鋰正極材料的表層與氨氣發生反應，在富鋰正極材料的表層中生成氮化物，經過放電循環測試和首次庫倫效率的測試數據可以得出比容量高，循環穩定性好，首次庫倫效率也較高，具有良好的電化學性能。
具體實施例方式一種氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法，包括以下步驟:a、將富鋰正極材料放入加熱爐中，加熱到300-500°C ；b、然後再向加熱爐中通入氨氣，在300-500°C的條件下保溫l_3h ；C、冷卻至室溫，即得到表層含有氮化物的富鋰正極材料。所述的富鋰正極材料是XLi2MnO3.(11)1^1 2，其中] 為]\111、祖、(:0、祖(|.5]\1%5、0、Fe中任意一種。
步驟a中的加熱爐為管式氣氛爐；步驟c中的冷卻方式為爐內自然冷卻。步驟a和b中的溫度均為400°C步驟b中的保溫時間為2h。步驟c中的富鋰正極材料的表層氮化物為氮化錳、氮化鎳、氮化鈷、氮化鎘。若富鋰正極材料為XLi2MnO3.(l_x) LiMnO2,貝U表層生成的氮化物為氮化猛,若富鋰正極材料為XLi2MnO3.(1-x) LiNiO2,則表層生成的氮化物為氮化鎳,生成氮化物的具體成分以此類推。所述的層狀富鋰正極材料先放入瓷舟中，然後將瓷舟放入管式氣氛爐中。在300-500°C的溫度條件下富鋰正極材料與氨氣發生反應，在富鋰正極材料的表層中生成氮化物，相當於是氮化物包覆在富鋰正極材料的表層，經過放電循環測試和首次庫倫效率的測試數據可以得出該方法製備的富鋰正極材料的比容量高，循環穩定性好，首次庫倫效率也較高，具有良好的電化學性能。實施例1將0.5Li2Mn03.0.5LiNi0.5Mn0.502材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式氣氛爐的中間位置。將爐溫升溫到400°C，此時通入NH3，並在此溫度下保溫3h。最後自然冷卻到室溫，即得到氮化錳包覆的0.5Li2Mn03.0.5LiNi0.5Mn0.502材料。實施例2將0.3Li2Mn0s.0.7LiNi0.5Mn0.502材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式氣氛爐的中間位置。將爐溫升溫到300°C，此時通入NH3，並在此溫度下保溫3h。最後自然冷卻到室溫，即得到氮化物包覆的0.3Li2Mn03.0.7LiNi0.5Mn0.502材料。實施例3將0.1Li2MnO3.0.9LiNi02材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式氣氛爐的中間位置。將爐溫升溫到500°C，此時通入NH3，並在此溫度下保溫lh。最後自然冷卻到室溫，即得到氮化鎳包覆的0.1Li2MnO3.0.9LiNi02材料。實施例4將0.7Li2Mn03.0.3LiCo02材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式氣氛爐的中間位置。將爐溫升溫到400°C，此時通入NH3，並在此溫度下保溫2h。最後自然冷卻到室溫，即得到氮化鈷包覆的0.7Li2Mn03.0.3LiCo02材料。實施例5將0.8Li2Mn03.0.2LiCr02材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式氣氛爐的中間位置。將爐溫升溫到400°C，此時通入NH3，並在此溫度下保溫2h。最後自然冷卻到室溫，即得到氮化鎘包覆的0.8Li2Mn03.0.2LiCr02材料。實施例6將0.2Li2Mn03.0.8LiFe02材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式氣氛爐的中間位置。將爐溫升溫到400°C，此時通入NH3，並在此溫度下保溫3h。最後自然冷卻到室溫，即得到氮化物包覆的0.2Li2Mn03.0.8LiFe02材料。實施例1-6中製備的材料的放電循環測試及首次庫倫效率的實驗數據如下表:
權利要求
1.一種氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法，其特徵在於:包括以下步驟: a、將富鋰正極材料放入加熱爐中，加熱到300-500°C； b、然後再向加熱爐中通入氨氣，在300-500°C的條件下保溫l_3h； C、冷卻至室溫，即得到表層含有氮化物的富鋰正極材料。
2.根據權利要求1所述的氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法，其特徵在於:所述的富鋰正極材料是 XLi2MnO3.(1-χ) LiMO2,其中 M 為 Mn、N1、Co、Nia 5MnQ.5、Cr、Fe 中任意一種。
3.根據權利要求1或2所述的氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法，其特徵在於:步驟a中的加熱爐為管式氣氛爐；步驟c中的冷卻方式為爐內自然冷卻。
4.根據權利要求1所述的氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法，其特徵在於:步驟a和b中的溫度均為400°C。
5.根據權利要求1所述的氮化物包覆的富鋰材料及其製備方法，其特徵在於:步驟b中的保溫時間為2h。
6.根據權利要求2所述的氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法，其特徵在於:步驟c中的富鋰正極材料的表層氮化物為氮化錳、氮化鎳、氮化鈷、氮化鎘。
7.根據權利要求3所述的氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法，其特徵在於:所述的層狀富鋰正極材料先放入瓷舟中，然後將瓷舟放入管式氣氛爐中。
全文摘要
本發明涉及鋰離子電池材料製備領域，尤其涉及氮化物包覆富鋰正極材料的製備方法。包括以下步驟a、將富鋰正極材料放入加熱爐中，加熱到300-500℃；b、然後再向加熱爐中通入氨氣，在300-500℃的條件下保溫1-3h；c、冷卻至室溫，即得到表層含有氮化物的富鋰正極材料。由於採用以上技術方案，富鋰正極材料的表層與氨氣發生反應，在富鋰正極材料的表層中生成氮化物，經過放電循環測試和首次庫倫效率的測試數據可以得出比容量高，循環穩定性好，首次庫倫效率也較高，具有良好的電化學性能。
文檔編號H01M4/525GK103107330SQ20131005229
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月18日 優先權日2013年2月18日
發明者朱廣燕, 焦方方 申請人:奇瑞汽車股份有限公司