一種鋰離子電池用摻鉻正極複合材料的製備方法

2023-12-01 05:12:21 1

專利名稱：一種鋰離子電池用摻鉻正極複合材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰離子電池電極材料的製備方法，尤其涉及一種鋰離子電池用摻鉻正極複合材料及其製備方法。
背景技術：
鋰離子電池作為一種新型的化學電源，因其輸出電壓高、比能量高、循環壽命長、自放電小、安全、無記憶效應和環境友好已成為當前世界各國在新能源材料領域發展的重點。其中正極材料是鋰離子電池的關鍵。目前主要的正極材料有鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰等。但是，隨著技術的發展，一些電子器件對於鋰離子電池的體積容量密度和重量容量密度提出了更高的要求，因此迫切發展比容量更高的電極材料，因為鋰離子電池的容量主要受制於電極材料的比容量。儘管LiNia 5MnL 504的成本要要明顯低於LiCoO2,比容量要高於LiCoO2,但是還有待於進一步的提高；同時，其循環性能與LiCoO2相比要差，也有待於進一步的改善。為了進一步改善LiNia5Mr^5O4材料的結構和電化學性能,不少科研人員對其進行了元素摻雜或表面改性處理，並取得了一定的進展。但是其比容量及循環穩定性依然需要進一步提聞
發明內容
為克服上述不足，本發明提供一種鋰離子電池用摻鉻正極複合材料的製備方法，使用該方法製備的正極複合材料的鋰離子電池，具有較高的比容量以及較長的循環使用壽命O為了實現上述目的，本發明提供的一種鋰離子電池用摻鉻正極複合材料的製備方法，包括如下步驟
步驟1，混料
稱取純度至少為99. 9%、粒度為10-20 μ m的草酸鋰微粉，粒度為20-30 μ m的純度至少為工業純電解氫氧化錳微粉,純度至少為分析純氧化鎂微粉,純度至少為分析純三氧化二鋁微粉，純度至少為分析純三氧化二鉻微粉，純度至少為分析純偏釩酸銨作為原料，其中各原料按原子比配比，Li Mn Mg Al Cr V = (1. 00-1. 05) (1. 25-1. 5) (O. 04-0.06) (O. 03-0. 05) (O. 03-0. 05) (O. 5-0. 75)；
將稱好的上述原料加入去離子水進行溼合，其中上述原料與水的比例為重量比I (2-3)，將其研磨成粒度不大於O. 5微米的顆粒；
步驟2，燒結
將所得的粉碎混合物乾燥，在含氧氣氛下燒結，以5-8°C /min的升溫速度加熱到700-800°C，煅燒5-10h ;再以12-15°C/min的升溫速度加熱至900-1000°C，煅燒15-20h ;再以15-20°C /min的降溫速度降至600-650°C，退火8_10h ;最後降溫低於50°C的溫度時，惰性氣體吹煉最終的陽極材料，在惰性氣體氣氛中將所述材料包裝在容器中以阻止氧化和從氣氛中吸收溼氣。其中，步驟I中所述研磨為球磨混合2-4小時,球磨速度為300-400r/min,研磨時間為8-12h。其中，所述惰性氣體可以是氬氣和/或氮氣，並優選為氬氣。本發明還提供了一種上述的方法製備的鋰離子電池用摻鉻正極複合材料。本發明製備的鋰離子電池用摻鉻正極複合材料，採用多段燒結合成的方法，將鉻、鋁、鎂、釩等元素均勻的摻雜在錳酸鋰中，使得該正極複合材料在用於鋰離子電池時，具有較高的能量密度和循環穩定性，使得鋰離子電池具有高的比容量以及使用壽命。
具體實施例方式實施例一
混料 採用純度為99. 9%的草酸鋰微粉(粒度為10-20 μ m)、工業純電解氫氧化錳微粉(粒度為20-30 μ m)、分析純氧化鎂微粉、分析純三氧化二鋁微粉、分析純三氧化二鉻微粉、分析純偏釩酸銨作為原料，其中各原料按原子比配比，Li Mn Mg Al Cr=V =1. 00 1. 25 O. 04 O. 03 O. 03 0. 5。將稱好的原料加入去離子水進行溼合，其中料與水的比例為重量比1: 2，用球磨機球磨混合2小時，球磨速度為300r/min，研磨時間為12h，將其研磨成粒度不大於O. 5微米的顆粒。燒結
將所得的粉碎混合物乾燥，在含氧氣氛下燒結，以5°C /min的升溫速度加熱到700°C，煅燒IOh ;再以12°C /min的升溫速度加熱至900°C，煅燒20h ;再以15°C /min的降溫速度降至600°C，退火IOh ;最後自然降溫低於50°C的溫度時，通過用純氬吹煉最終的陽極材料，在氬氣氛中將所述材料包裝在容器中以阻止氧化和從氣氛中吸收溼氣。實施例二 混料
採用純度為99. 9%的草酸鋰微粉，粒度為10-20 μ m，工業純電解氫氧化錳微粉，粒度為20-30 μ m，分析純氧化鎂微粉，分析純三氧化二鋁微粉，分析純三氧化二鉻微粉，分析純偏釩酸銨作為原料，其中各原料按原子比配比，Li Mn Mg Al Cr=V =1.05 1. 5 O. 06 O. 05 O. 05 0. 75。將稱好的原料加入去離子水進行溼合，其中料與水的比例為重量比1: 3，用球磨機球磨混合4小時，球磨速度為400r/min，研磨時間為8h，將其研磨成粒度不大於O. 5微米的顆粒。燒結
將所得的粉碎混合物乾燥，在含氧氣氛下燒結，以8°C /min的升溫速度加熱到800°C，煅燒5h ;再以15°C /min的升溫速度加熱至1000°C，煅燒15h ;再以20°C /min的降溫速度降至650°C，退火8h;最後自然降溫低於50°C的溫度時，通過用純氬吹煉最終的陽極材料，在氬氣氛中將所述材料包裝在容器中以阻止氧化和從氣氛中吸收溼氣。
比較例
將 Co、N1、Mn、Cr 的摩爾比為 I I O. 95 O. 05 的 Co304、NiO、Mn02、Cr2O3 混合，然後加入Li與Co、N1、Mn、Cr摩爾比總和為1. 05 :1的碳酸鋰，固相球磨混合，然後在1050°C燒結24小時，得到固相法製備的LiCol73Nil73Mn0^573Cr0.05/302正極材料。將上述實施例一、二以及比較例所得產物與導電炭黑和粘合劑聚偏氟乙烯以質量比87 8 5的比例混合，壓制在鎳網上，在150°C真空乾燥24小時，作為工作電極。參比電極為金屬鋰，電解液為lmol/1 LiPF6 的EC/DEC/DMC(體積比1:1 :1)。測試電壓範圍為3-4. 3V。在測試溫度為25°C下進行電性能測試，經測試該實施例一和二的的材料與比較例的產物相比，比容量提高了 45-60%，使用壽命提高1. 5倍以上。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。`
權利要求
1.一種鋰離子電池用摻鉻正極複合材料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟 步驟1，混料 稱取純度為至少99. 9%、粒度為10-20 μ m的草酸鋰微粉，粒度為20-30 μ m的純度至少為工業純電解氫氧化錳微粉,純度至少為分析純氧化鎂微粉,純度至少為分析純三氧化二鋁微粉，純度至少為分析純三氧化二鉻微粉，純度至少為分析純偏釩酸銨作為原料，其中各原料按原子比配比，Li Mn Mg Al Cr V = (1. 00-1. 05) (1. 25-1. 5) (O. 04-0.06) (O. 03-0. 05) (O. 03-0. 05) (O. 5-0. 75)； 將稱好的上述原料加入去離子水進行溼合，其中上述原料與水的比例為重量比I (2-3)，將其研磨成粒度不大於O. 5微米的顆粒； 步驟2，燒結 將所得的粉碎混合物乾燥，在含氧氣氛下燒結，以5-8 °C /min的升溫速度加熱到700-800°C，煅燒5-10h ;再以12-15°C/min的升溫速度加熱至900-1000°C，煅燒15-20h ;再以15-20°C /min的降溫速度降至600_650°C，退火8_10h ;最後降溫低於50°C的溫度時，惰性氣體吹煉最終的陽極材料，在惰性氣體氣氛中將所述材料包裝在容器中以阻止氧化和從氣氛中吸收溼氣。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟I中所述研磨為球磨混合2-4小時，球磨速度為300-400r/min,研磨時間為8_12h。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述惰性氣體為氬氣。
4.一種如權利要求1所述的方法製備的鋰離子電池用摻鉻正極複合材料。
全文摘要
本發明公開了一種鋰離子電池用摻鉻正極複合材料及其製備方法草酸鋰微粉、電解氫氧化錳微粉、氧化鎂微粉、三氧化二鋁微粉、三氧化二鉻微粉、偏釩酸銨作為原料，研磨成粒度不大於0.5微米的顆粒；在含氧氣氛下燒結5-8℃/min的升溫速度加熱到700-800℃，煅燒5-10h；再以12-15℃/min的升溫速度加熱至900-1000℃，煅燒15-20h；再以15-20℃/min的降溫速度降至600-650℃，退火8-10h，吹煉最終的陽極材料。本發明製備的鋰離子電池用摻鉻正極複合材料，將鉻、鋁、鎂、釩等元素均勻的摻雜在錳酸鋰中，在用於鋰離子電池時，具有較高的能量密度和循環穩定性，使得鋰離子電池具有高的比容量以及使用壽命。
文檔編號H01M4/505GK103066268SQ201210522039
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者姜波 申請人:上海錦眾信息科技有限公司