[发明专利]一种锂离子电池用硅掺杂镍基正极材料的制备方法有效

专利信息
申请号: 201410184692.X 申请日: 2014-05-04
公开(公告)号: CN103928674A 公开(公告)日: 2014-07-16
发明(设计)人: 张萍 申请(专利权)人: 张萍
主分类号: H01M4/505 分类号: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 518000 广东省深圳市龙*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 锂离子电池 掺杂 正极 材料 制备 方法
【说明书】:

所属技术领域

发明涉一种锂离子电池用硅掺杂镍基正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池自1991年被商品化以来,其应用要求在不断提高,其能量密度随着市场的要求在不断提高。具体来说锂离子电池的能量密度可以分为体积能量密度和重量能量密度,市场需要的是体积能量密度和重量能量密度的同时提高。在同样的容量发挥的前提下,要提高电池的体积能量密度,就要提高电池活性物质单位体积的填充量。

目前大量使用的正极材料是钴酸锂材料,钴酸锂最早实现商业化应用发展至今已经很成熟,并已广泛应用在小型低功率的便携式电子产品上,如手机、笔记本电脑和数码电子产品。但由于受资源限制,以及更高安全性要求,寻找低成本、高能量密度、安全性好的非钴或低钴正极材料成为锂电正极材料的一个发展方向。层状锂离子电池正极材料是领域内研究的热点。近年来,已开展了大量的过渡金属氧化物作为锂离子电池正极材料的研究工作,其中LiNixCoyMn1-x-yO2的研究受到了广泛关注。作为锂离子电池正极活性物质,LiNixCoyMn1-x-yO2具有比LiCoO2:更低廉的价格、更好的热稳定性及更高的容量,因而有望成为LiCoO2的替代品。目前,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2已经商品化。但是,在对三元材料的评价过程中发现:三元材料电化学性能较差,其压实密度低使得体积能量密度仍低于钴酸锂,上述缺陷使得用单一的钴镍锰三元材料及其锰系难以满足市场对高性能正极材料的需求。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池用硅掺杂镍基正极材料的制备方法,使用该方法制备的正极材料,具有较高的能量密度和稳定性。

为了实现上述目的,本发明提供的一种锂离子电池用硅掺杂镍基正极材料的制备方法,该正极材料的化学式为Li(Li1-x-y-zNixMnyCoz)O2,其中:x=0.5-0.55,y=0.12-0.16,z=0.2-0.22,该方法包括如下步骤:

(1)制备前驱体镍锰钴氧化物

将氯化镍、硫酸锰、硝酸钴按照摩尔比Ni:Mn:Co=x:y:z,配置成金属离子浓度为2-3mol/L的金属盐混合溶液;

用氢氧化钾配制浓度为3-5mol/L的氢氧化钾溶液;

配制浓度为50-100g/L的甘氨酸和冬氨酸的氨基酸混合溶液,其中甘氨酸和冬氨酸的质量比为1:1-2;

采用并流的方法把上述金属盐混合溶液、氢氧化钾溶液和氨基酸混合溶液同时通入反应容器中,其中上述氢氧化钾溶液的加入量为足够使镍、锰、钴离子完全沉淀,氨基酸混合溶液与金属盐混合溶液的体积比为1:3-5,在强烈搅拌下使三者进行反应,反应中严格控制PH值为9-11,控制反应温度为60-80℃,反应完成后,恒温陈化10-20h,将沉淀物离心、洗涤、烘干,然后在500-600℃范围内预处理12-15h得到前驱体镍锰钴氧化物;

(2)制备镍基三元正极材料

将草酸锂和上述前驱体镍锰钴氧化物,按摩尔比Li:Ni:Mn:Co=2-x-y-z:x:y:z混合后,将混合物料直接置于箱式炉,在600-700℃初烧6-8h,将初烧物自然冷却后,在转速600-800rpm下球磨1-2h,再在800-900℃烧结5-7h,自然冷却至室温进行后气流粉碎,得到镍基三元正极材料;

(3)硅掺杂

将所得镍基三元正极材料放入反应器,采用硅烷与氮气的混合气进行气相沉积反应,其中硅烷与氮气的体积比为3-5:100,反应温度为450-480℃,反应时间为3-5min,得到最终产品。

本发明制备的正极材料,前躯体的制备过程中采用氨基酸作为络合物,使得前躯体具备较高的密度,在三元材料的制备中使用两段烧结的方式并用气相法掺杂硅改性,进一步提高了材料的电化学性能,具备较高的能量密度和循环稳定性。因此该复合材料在用于锂离子电池时,具有较高的比容量和较长的使用寿命。

具体实施方式

实施例一

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