一種具有核殼結構的鎳摻雜鈷酸鋰復合正極材料的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有核殼結構的鎳摻雜鈷酸鋰復合正極材料的制備方法，該方法包括如下步驟：（1）鎳摻雜鈷酸鋰的制備，（2）制備包覆材料，（3）包覆形成核殼結構。本發明制備的正極材料，采用高鎳摻雜的鈷酸鋰材料作為活性材料，以提高材料的能量密度，采用使用有機聚合物和Si/石墨作為包覆材料，提高該材料的導電性和電化學穩定性。因此該復合材料在用于鋰離子電池時，具有高比容量和長使用壽命。
【專利說明】 一種具有核殼結構的鎳摻雜鈷酸鋰復合正極材料的制備方
法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉一種具有核殼結構的鎳摻雜鈷酸鋰復合正極材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]人們對能量存儲技術產生了日益增加的興趣。已經廣泛地將電化學裝置用作便攜式電話、便攜式攝像機、筆記本電腦、PC和電動汽車的能源，從而導致深入的研宄和開發。就此而言，電化學裝置是至關重要的主題。特別地，開發可充電二次電池成為了關注的焦點。此外，在開發這類電池期間，最近已經對新型電極和新型電池的設計進行了研宄，從而提高容量密度和比能量。
[0003]鋰離子二次電池具有高能量密度、重量輕、不污染環境、無記憶效應、工作性能穩定、安全可靠等特點，自問世以來應用廣泛，已成為目前主要的便攜式電源，也是大功率動電池的開發重點。層狀鋰離子電池正極材料是領域內研宄的熱點。理論上具有層狀結構和尖晶石結構的材料，都可以作為鋰離子電池的正極材料，其中LiCoO2用作鋰離子電池正極材料具有如下特點:1、安全性好；2、容量一般；3、循環性能一般。
[0004]在鋰離子蓄電池電化學體系中，碳材料是幫助化學能直接向電能成功轉化的關鍵組分。碳表面積和孔隙率對該電化學體系的性能是重要的。高表面積碳通常導致和鋰離子儲存的高容量，同時高度多孔的碳促進氣態和液態反應物及產物的質量傳遞。
[0005]然而，在鋰二次電池中，存在的問題是在充電/放電期間，在電池內因在電極表面上充當電解質的非水電解質溶液、特別是碳酸酯有機溶劑發生分解而發生副反應。此外，當具有大分子量的電解質溶劑如碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)等共同插入在碳基陽極的石墨層之間時，陽極的結構可能會坍塌。
【發明內容】
[0006]本發明提供一種具有核殼結構的鎳摻雜鈷酸鋰復合正極材料的制備方法，使用該方法制備的正極材料，具有較高比容量的同時，還具良好的電化學穩定性。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供一種具有核殼結構的鎳摻雜鈷酸鋰復合正極材料的制備方法，該方法包括如下步驟:
(1)鎳摻雜鈷酸鋰的制備
該鎳摻雜鈷酸鋰的化學式為LiCcvxNixO2，其中:X=0.45-0.55 ；
將草酸鋰、氫氧化鈷和氫氧化鎳按比例混合，其中Li: Co:Ni的摩爾比為1.02: 1-x:X，將混合物混磨均勻后放入加熱爐中，熱處理氣氛為空氣，升溫速率為5-10°C /分鐘，至550-650 °C預處理，預處理時間為2-4h，然后升溫至850-900 °C，熱處理時間為4_6h，然后降至室溫，并將合成物料粉碎篩分，得到粒徑為10-20um的鎳摻雜鈷酸鋰；
(2)制備包覆材料
將0.2-0.3重量份的聚乙二醇甲基醚溶于100重量份的丙酮中得到聚乙二醇甲基醚溶液，并以相對于每100重量份溶液5-8重量份的量向所述溶液中添加直徑為50-100nm的Si/石墨復合粒子，超聲分散得到包覆材料體系；
(3)包覆形成核殼結構
將上述鎳摻雜鈷酸鋰和上述包覆材料體系按照質量比10-15:100混合，以350-400r/min的速度攪拌6-10h后，對混合溶液進行過濾，從而得到核殼結構的復合正極材料。
[0008]本發明制備的正極材料，采用高鎳摻雜的鈷酸鋰材料作為活性材料，以提高材料的能量密度，采用使用有機聚合物和Si/石墨作為包覆材料，提高該材料的導電性和電化學穩定性。因此該復合材料在用于鋰離子電池時，具有高比容量和長使用壽命。
【具體實施方式】
[0009]實施例一
本實施例的活性物質為LiCo0.55Ni0.4502?
[0010]將草酸鋰、氫氧化鈷和氫氧化鎳按比例混合，其中Li: Co:Ni的摩爾比為
1.02: 0.55:0.45，將混合物混磨均勻后放入加熱爐中，熱處理氣氛為空氣，升溫速率為5 0C /分鐘，至550 °C預處理，預處理時間為4h，然后升溫至850 °C，熱處理時間為6h，然后降至室溫，并將合成物料粉碎篩分，得到粒徑為10-20um的鎳摻雜鈷酸鋰。
[0011]將0.2重量份的聚乙二醇甲基醚溶于100重量份的丙酮中得到聚乙二醇甲基醚溶液，并以相對于每100重量份溶液5重量份的量向所述溶液中添加直徑為50-100nm的Si/石墨復合粒子，超聲分散得到包覆材料體系。
[0012]將上述鎳摻雜鈷酸鋰和上述包覆材料體系按照質量比10:100混合，以350r/min的速度攪拌1h后，對混合溶液進行過濾，從而得到核殼結構的復合正極材料。
[0013]實施例二
本實施例的活性物質為LiCo0.45Ni0.5502?
[0014]將草酸鋰、氫氧化鈷和氫氧化鎳按比例混合，其中Li: Co:Ni的摩爾比為
1.02: 0.45:0.55，將混合物混磨均勻后放入加熱爐中，熱處理氣氛為空氣，升溫速率為10C /分鐘，至650°C預處理，預處理時間為2h，然后升溫至900°C，熱處理時間為4h，然后降至室溫，并將合成物料粉碎篩分，得到粒徑為10-20um的鎳摻雜鈷酸鋰。
[0015]將0.3重量份的聚乙二醇甲基醚溶于100重量份的丙酮中得到聚乙二醇甲基醚溶液，并以相對于每100重量份溶液8重量份的量向所述溶液中添加直徑為50-100nm的Si/石墨復合粒子，超聲分散得到包覆材料體系。
[0016]將上述鎳摻雜鈷酸鋰和上述包覆材料體系按照質量比15:100混合，以400r/min的速度攪拌6h后，對混合溶液進行過濾，從而得到核殼結構的復合正極材料。
[0017]比較例
將乙酸鎳、乙酸鈷、乙酸鋰按摩爾比為1/2: 1/2: I溶于去離子水中，乙酸鎳、乙酸鈷、乙酸鈷和乙酸鋰的總濃度為0.4mol/L，混合均勻后加入濃度為0.5mol/L的梓檬酸水溶液，再加入質量百分濃度為15%的氨水溶液調節pH值為10 ;所述鎳鹽、鈷鹽和鈷鹽的總量與螯合劑的摩爾比為1:1;將得到的混合溶液于50°C的水浴中加熱以蒸發水分，加熱時間為18小時，并不斷攪拌，攪拌速度為200轉/分鐘，得到凝膠體；將凝膠體于鼓風干燥箱中烘干，烘干溫度為80°C，烘干時間為30小時，得到干燥的凝膠體；將干燥的凝膠體進行預燒，預燒溫度為200°C，預燒時間為20小時，得到前驅體；前驅體自然冷卻至室溫后于球磨機中研磨0.5小時，將研磨后的前驅體在650°C下進行煅燒，煅燒時間為30小時，煅燒后自然冷卻至室溫后再次在球磨機上研磨0.5小時，即得到所述的鋰離子電池多元正極材料
LiNi1Z2Co1Z2O2。
[0018]將上述實施例一、二以及比較例所得產物分別和導電碳黑、粘結劑PVDF(聚偏氟乙烯)按質量比80: 10: 10混合，涂覆在銅箔上，以金屬鋰片為對極，電解液為lmol/L的LiPF6溶液，溶劑為EC、DEC和EMC的混合溶劑，體積比為1:1:1。在氬氣保護的手套箱內將正極、負極、電解液、隔離膜與電池殼組裝成扣式電池。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材料與比較例的產物相比，首次比容量提高了 25-28%，使用壽命提高了 50%以上。
【權利要求】
1.一種具有核殼結構的鎳摻雜鈷酸鋰復合正極材料的制備方法，該方法包括如下步驟: (1)鎳摻雜鈷酸鋰的制備 該鎳摻雜鈷酸鋰的化學式為LiCcvxNixO2，其中:X=0.45-0.55 ； 將草酸鋰、氫氧化鈷和氫氧化鎳按比例混合，其中Li: Co:Ni的摩爾比為1.02: 1-x:X，將混合物混磨均勻后放入加熱爐中，熱處理氣氛為空氣，升溫速率為5-10°C /分鐘，至550-650 °C預處理，預處理時間為2-4h，然后升溫至850-900 °C，熱處理時間為4_6h，然后降至室溫，并將合成物料粉碎篩分，得到粒徑為10-20um的鎳摻雜鈷酸鋰； (2)制備包覆材料 將0.2-0.3重量份的聚乙二醇甲基醚溶于100重量份的丙酮中得到聚乙二醇甲基醚溶液，并以相對于每100重量份溶液5-8重量份的量向所述溶液中添加直徑為50-100nm的Si/石墨復合粒子，超聲分散得到包覆材料體系； (3)包覆形成核殼結構 將上述鎳摻雜鈷酸鋰和上述包覆材料體系按照質量比10-15:100混合，以350-400r/min的速度攪拌6-10h后，對混合溶液進行過濾，從而得到核殼結構的復合正極材料。
【文檔編號】H01M4/525GK104466113SQ201410825827
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月28日 優先權日:2014年12月28日
【發明者】劉娜 申請人:劉娜