[发明专利]一种锂离子电池用磷掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201810955731.X 申请日: 2018-08-21
公开(公告)号: CN109244390B 公开(公告)日: 2021-04-13
发明(设计)人: 王振波;王敏君;玉富达;隋旭磊;赵磊 申请(专利权)人: 哈尔滨工业大学
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
代理公司: 哈尔滨龙科专利代理有限公司 23206 代理人: 李智慧
地址: 150001 黑龙*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 锂离子电池 掺杂 富锂锰基 正极 材料 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种锂离子电池用磷掺杂富锂锰基正极材料的制备方法,具体包括制备沉淀剂溶液、制备金属盐溶液、制备磷掺杂的镍钴锰碳酸盐前驱体、制备磷掺杂富锂锰基正极材料的步骤;其中将焦磷酸化合物作为磷源溶解于沉淀剂溶液中,再采用共沉淀的方法即可得到磷掺杂的镍钴锰化合物前驱体,最后经过高温烧结即可得到磷掺杂富锂锰基正极材料;本发明公开的制备方法简单,且制备得到正极材料不仅在表面掺杂磷,而且在材料内部也均匀掺杂磷,使得材料的性能稳定,使用寿命长,同时显著提高材料的容量、首效、倍率和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及材料合成技术领域,更具体的说是涉及一种锂离子电池用磷掺杂富锂锰基正极材料的制备方法。

背景技术

能源和环保是人类现在所面临的两大难题,开发绿色无污染的新能源和储能设备是现在研究的热点。锂电池因为其能量密度大、且使用过程环保而越来越多的关注。而随着电动汽车等交通设备的发展,对于锂电池的使用性能提出越来越高的要求,造成传统的锂离子电池正极材料难以满足使用需求。锂离子电池富锂锰基正极材料,作为一款先进的电极材料,因为具有高的比容量(大于250mAh/g)和宽的工作电压窗口(2~4.8V),而被认为是最有可能成为下一代高性能锂离子电池的正极材料。但是目前富锂锰基正极材料由于存在倍率性能低、循环稳定性差等明显缺陷而严重限制了其使用。而磷掺杂作为一种能有效改进富锂材料的方法,已经受到越来越多人的关注。

但是,目前的磷掺杂方法存在明显缺陷,其中主要包括利用溶胶凝胶、水热等方法合成,但是这些合成方法不适合进行产业化生产,发展和推广受到明显限制;另外方法是在合成前躯体后混合相关的磷的化合物,再经过高温烧结制备得到,工艺过程繁琐,且只能进行表面掺杂,掺杂效果不均匀。

因此,提供一种制备过程简单、便捷地锂离子电池用磷掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此,本发明提供了一种锂离子电池用磷掺杂富锂锰基正极材料及其制备方法,制备过程简单、操作简便、产率高,且制备得到的正极材料内部掺杂有均匀的磷。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种锂离子电池用磷掺杂富锂锰基正极材料的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:

(1)制备沉淀剂溶液:将沉淀剂溶解于去离子水中配置成摩尔浓度为0.5~2mol/L的溶液;再加入焦磷酸根化合物,搅拌至完全溶解,即可得到沉淀剂溶液;

(2)制备金属盐溶液:将锰盐化合物、镍盐化合物和钴盐化合物溶解于去离子水中,配制成浓度为0.5~2mol/L的金属盐溶液;

(3)制备磷掺杂的镍钴锰碳酸盐前驱体:搅拌条件下将金属盐溶液和沉淀剂溶液逐滴加入至去离子水中,经过沉淀反应即可制备得到磷掺杂的镍钴锰化合物前驱体;

(4)制备磷掺杂富锂锰基正极材料:将磷掺杂的镍钴锰化合物前驱体与锂盐均匀混合,先经过预烧、再经过高温烧结即可制备得到磷掺杂富锂锰基正极材料。

上述优选技术方案的有益效果是:在本法明公开的制备方法,将焦磷酸化合物作为磷源溶解于沉淀剂溶液中,再采用共沉淀的方法即可得到磷掺杂的镍钴锰化合物前驱体,最后经过高温烧结即可得到磷掺杂富锂锰基正极材料;本发明公开的制备方法简单,且制备得到正极材料不仅在表面掺杂磷,而且在材料内部也均匀掺杂磷,使得材料的性能稳定,使用寿命长,同时显著提高材料的容量、首效、倍率和循环稳定性。

优选的,所述步骤(1)中焦磷酸根化合物包括焦磷酸钠、焦磷酸钾中的一种或两种的混合;所述焦磷酸根化合物与所述沉淀剂的摩尔比为1~10:100。

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