一種摻雜型鋰電池正極材料的製作方法
2023-09-19 23:14:20
本發明涉及鋰電池領域，更具體地，涉及一種摻雜型鋰電池正極材料。
背景技術：
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(li(nicomn)o2)三元正極材料的鋰電池，三元複合正極材料前驅體產品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料。三元材料做正極的電池相對於鈷酸鋰電池安全性高，但是電壓太低，用在手機上(手機截止電壓一般在3.4v左右)會有明顯的容量不足的感覺。而且目前的三元鋰電池的單體能量密度為180wh，成組後為110wh，並且在反覆多次(300次以上)高溫充放電之後，電極極化較為嚴重，電池放電容量急劇下降。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種單體能量密度高且高溫下反覆充放電後電極極化現象較輕的摻雜型鋰電池正極材料，可以有效提高鋰電池在高溫下的工作時間和使用壽命。
為達到上述目的，本發明採用下述技術方案：一種摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：92wt％～96wt％三元材料和4wt％～8wt％摻雜材料；其中，所述摻雜材料為硫化亞鐵、硫化錳和二硫化鈦中兩種以上的混合物。
上述摻雜型鋰電池正極材料，所述摻雜材料為硫化亞鐵和硫化錳的混合物，其中，所述硫化亞鐵和所述硫化錳的重量比為1:4～5:1。
上述摻雜型鋰電池正極材料，所述摻雜材料為硫化亞鐵和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化亞鐵和所述二硫化鈦的重量比為1:3～3:2。
上述摻雜型鋰電池正極材料，所述摻雜材料為硫化錳和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化錳和所述二硫化鈦的重量比為1:4～2:3。
上述摻雜型鋰電池正極材料，所述摻雜材料為硫化亞鐵、硫化錳和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化亞鐵、硫化錳和所述二硫化鈦的重量比為1:(0.5～1):(1～2)。
上述摻雜型鋰電池正極材料，所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:(0.5～1):(0.5～1)。
上述摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：94wt％三元材料和6wt％摻雜材料。
上述摻雜型鋰電池正極材料，所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.6:0.9。
本發明的有益效果如下：利用本發明製成的鋰電池正極可以使鋰電池在60℃下反覆充放電400次後，放電容量最高仍可達到98.2％，有效提高了三元鋰電池在高溫環境下工作時間和使用壽命。
具體實施方式
為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例對本發明做進一步的說明。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護範圍。
實施例1
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：92wt％三元材料和8wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.5:0.5。
所述摻雜材料為硫化亞鐵和硫化錳的混合物，其中，所述硫化亞鐵和所述硫化錳的重量比為1:4。
實施例2
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：93wt％三元材料和7wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.75:0.75。
所述摻雜材料為硫化亞鐵和硫化錳的混合物，其中，所述硫化亞鐵和所述硫化錳的重量比為1:1。
實施例3
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：94wt％三元材料和6wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.6:0.9。
所述摻雜材料為硫化亞鐵和硫化錳的混合物，其中，所述硫化亞鐵和所述硫化錳的重量比為4:1。
實施例4
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：95wt％三元材料和5wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.6:0.6。
所述摻雜材料為硫化亞鐵和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化亞鐵和所述二硫化鈦的重量比為1:3。
實施例5
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：96wt％三元材料和4wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.7:0.7。
所述摻雜材料為硫化亞鐵和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化亞鐵和所述二硫化鈦的重量比為1:1。
實施例6
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：93wt％三元材料和7wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.8:0.8。
所述摻雜材料為硫化亞鐵和硫化錳的混合物，其中，所述硫化亞鐵和所述二硫化鈦的重量比為3:2。
實施例7
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：93wt％三元材料和7wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.5:0.5。
所述摻雜材料為硫化錳和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化錳和所述二硫化鈦的重量比為1:2。
實施例8
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：92.5wt％三元材料和7.5wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.9:0.9。
所述摻雜材料為硫化錳和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化錳和所述二硫化鈦的重量比為1:2。
實施例9
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：94.5wt％三元材料和5.5wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.5:0.5。
所述摻雜材料為硫化錳和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化錳和所述二硫化鈦的重量比為2:3。
實施例10
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：94wt％三元材料和6wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.5:0.8。
所述摻雜材料為硫化亞鐵、硫化錳和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化亞鐵、所述硫化錳和所述二硫化鈦的重量比為1:0.5:1。
實施例11
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：95wt％三元材料和5wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.9:0.6。
所述摻雜材料為硫化亞鐵、硫化錳和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化亞鐵、所述硫化錳和所述二硫化鈦的重量比為1:1:1。
實施例12
本發明摻雜型鋰電池正極材料，由以下組分組成：92wt％三元材料和8wt％摻雜材料。
在所述三元材料中：鎳酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰的重量比為1:0.6:0.9。
所述摻雜材料為硫化亞鐵、硫化錳和二硫化鈦的混合物，其中，所述硫化亞鐵、所述硫化錳和所述二硫化鈦的重量比為1:0.5:2。
在實施例1～12中，所述鎳酸鋰、所述鈷酸鋰、所述錳酸鋰、所述硫化亞鐵、所述硫化錳和所述二硫化鈦均為粒徑為10～100nm的粉體。
採用實施例1～12中摻雜型鋰電池正極材料製備成鋰電池正極，然後用這些鋰電池正極和鋰電池負極、電解液製備成鋰電池，依次標記為電池1、電池2、電池3、電池4、電池5、電池6、電池7、電池8、電池9、電池10、電池11和電池12，然後對這些電池按照國標和行業標準進行性能測試，其中，對電池單體能量密度測試在25℃溫度下測試，對電池高溫下反覆充放電後放電容量的測試在60℃溫度下測試，充放電次數為400次，分別記錄50次、150次、300次和400次時的放電容量，如表1所示。
表1正極以實施例1～12中摻雜型鋰電池正極材料製成的鋰電池的單體能量密度和60℃
下多次充放電後的放電容量
由表1中所測得的結果可以看出，正極採用本發明摻雜型鋰電池正極材料製成的鋰電池在高溫環境(60℃)下使用，電極極化不明顯，充放電次數達400次時放電容量仍可高達98.2％，而且鋰電池的單體能量密度可高達235wh。
實施例4～6、10～12中，硫化亞鐵和二硫化鈦混合後可產生協同效應，能夠大幅度提高鋰電池的單體能量密度，而在實施例10～12中，在硫化錳的摻雜效應下可以進一步提高硫化亞鐵和二硫化鈦之間的協同效應，從而能夠使鋰電池的單體能量密度得到提高，最高可達235wh，充分提高了鋰電池的工作時間，有利於三元鋰電池的應用與推廣。
顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定，對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這裡無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬於本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之列。