CN100521299C - 一种锂离子电池正极复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于功能陶瓷和化学电源技术领域的一种锂离子电池正极复合材料的制备方法。采用表面包覆技术在锂离子电池正极活性物质表面包覆一层具有无定形结构的氧化铝薄膜，将铝盐和溶剂配制成可溶性铝盐溶液，再与正极活性物质按比例混和，并充分搅拌均匀，经过滤、烧结、自然冷却后得到表面包覆一层具有无定形结构的氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料。本发明改善电解液与正极活性物质的界面状况，抑制两者之间的不良反应，达到增强耐充能力和提高高温下循环稳定性的目的。
Description
技术领域
本发明属于功能陶瓷和化学电源技术领域，特别涉及利用表面包覆技术合成具有核壳结构的复合材料粉体的一种锂离子电池正极复合材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池广泛应用于移动式电子电器，如手机、照相机、笔记本电脑等，随着锂离子电池有望推广应用在电动汽车或电力储备电源等，正极材料成为制约锂离子电池性能价格比的关键性要素之一。目前商业上广泛应用的正极材料主要是LiCoO2，其实际容量约140—150mAh/g，并且资源缺乏，价格昂贵。LiCoO2在3.8V vs.Li时循环容量表现稳定，在4.2V vs.Li时放电容量衰减很快。由于无水电解液在高电压和高温下易自发分解，分解出来的HF、CH4、CO等，这些分解产物不仅会腐蚀正极材料，而且会恶化电解液与正极材料的不良反应，造成电池循环性能恶化，甚至危及电池的安全性问题；其他正极材料如LiNi0.7Co0.3O2Li(NiCoMn)1/3O2，LiMn2O4等都存在耐充能力差，高温(如60℃)性能不稳定等缺点。为解决以上问题，国内外学者进行了表面修饰工作，如在正极活性物质的表面包覆一层炭或金属氧化物，以改善电解液与正极活性物质的界面状况，抑制两者之间的不良反应，达到增强耐充能力和提高高温下循环稳定性的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池正极复合材料的制备方法，采用表面包覆技术在锂离子电池正极活性物质表面包覆一层具有无定形结构的氧化铝薄膜，以制备出具有高容量高循环稳定性的锂离子电池正极复合材料。
其特征在于将铝盐和溶剂按g/ml的比例配制成浓度为0.1～0.3g/ml的可溶性铝盐溶液，再与正极活性物质按g/ml的比例混和，混和比例为正极活性物质：可溶性铝盐溶液＝0.2～0.5；并充分搅拌均匀，经过滤后，在空气中烧结350～750℃、保温3～7h，自然冷却后，得到表面包覆一层具有无定形结构的氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料。
所述铝盐为硝酸铝、硫酸铝或乙酸铝。
所述溶剂为乙醇或去离子水。
所述正极活性物质为含锂过渡金属氧化物，其化学通式为LiNi1-x-yCoxMyO2；式中M为Mg，Al，Cr或Mn，0≤x≤1，0≤y≤1。
本发明的有益效果是改善电解液与正极活性物质的界面状况，抑制两者之间的不良反应，达到增强耐充能力和提高高温下循环稳定性的目的。在室温25℃截止电压3.0-4.5V的条件下，表面镀Al2O3膜后正极材料50次循环的容量保持率提高了10％；在温度55℃截止电压3.0-4.5V的测试条件下，表面镀膜后正极材料50次循环的容量保持率提高了17％。
具体实施方式
本发明提供一种锂离子电池正极复合材料的制备方法。该方法是将铝盐和溶剂按g/ml的比例配制成浓度为0.1～0.3g/ml的可溶性铝盐溶液，再与正极活性物质按g/ml的比例混和，混和比例为正极活性物质：可溶性铝盐溶液＝0.2～0.5；并充分搅拌均匀，经过滤后，空气氛烧结350～750℃、保温3～7h，自然冷却后，得到表面包覆一层具有无定形结构的氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料，下面列举实施例予以说明。
实施例1
首先将硝酸铝按照浓度为1g：10ml的比例溶解在无水乙醇中，持续搅拌至完全溶解，将正极活性物质LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2按照浓度为1g：5ml的比例与硝酸铝乙醇溶液进行混和，持续搅拌充分混合后对其进行过滤、干燥，然后在500℃烧结5h，然后将所得产物粉碎、分级即得到包覆一层氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料。
实施例2
首先将硝酸铝按照浓度为1g：5ml的比例溶解在去离子水中，持续搅拌至完全溶解，将正极活性物质LiNi0.7Co0.25Mn0.05O2按照浓度为1g：3ml的比例与硝酸铝水溶液进行混和，持续搅拌充分混合后对其进行过滤、干燥，然后在400℃烧结3h，然后将所得产物粉碎、分级即得到包覆一层氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料。
实施例3
首先将硫酸铝按照浓度为1g：10ml的比例溶解在去离子水中，持续搅拌至完全溶解，将正极活性物质LiNi0.7Co0.25Mg0.05O2按照浓度为1g：3ml的比例与硫酸铝水溶液进行混和，持续搅拌充分混合后对其进行过滤、干燥，然后在500℃烧结4h，然后将所得产物粉碎、分级即得到包覆一层氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料。
实施例4
首先将硫酸铝按照浓度为1g：10ml的比例溶解在乙醇中，持续搅拌至完全溶解，将正极活性物质LiNi0.7Co0.25Al0.05O2按照浓度为1g：5ml的比例与硫酸铝乙醇溶液进行混和，持续搅拌充分混合后对其进行过滤、干燥，然后在600℃烧结5h，然后将所得产物粉碎、分级即得到包覆一层氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料。
实施例5
首先将乙酸铝按照浓度为1g：5ml的比例溶解在去离子水中，持续搅拌至完全溶解，将正极活性物质LiNi0.7Co0.25Cr0.05O2按照浓度为1g：5ml的比例与乙酸铝水溶液进行混和，持续搅拌充分混合后对其进行过滤、干燥，然后在500℃烧结5h，然后将所得产物粉碎、分级即得到包覆一层氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料。
实施例6
首先将乙酸铝按照浓度为1g：5ml的比例溶解在乙醇中，持续搅拌至完全溶解，将正极活性物质LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2按照浓度为1g：5ml的比例与乙酸铝乙醇溶液进行混和，持续搅拌充分混合后对其进行过滤、干燥，然后在600℃烧结5h，然后将所得产物粉碎、分级即得到包覆一层氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料。
Claims (1)
1.一种锂离子电池正极复合材料的制备方法，采用表面包覆技术在锂离子电池正极活性物质表面包覆一层具有无定形结构的氧化铝薄膜，其特征在于，将硝酸铝、硫酸铝或乙酸铝和溶剂按g/ml的比例配制成浓度为0.1～0.3g/ml的可溶性铝盐溶液，再与正极活性物质按g/ml的比例混和，混和比例为正极活性物质：可溶性铝盐溶液＝0.2～0.5；并充分搅拌均匀，经过滤后，在空气中分别烧结400℃、保温3h；500℃、保温4h或5h；或600℃、保温5h；自然冷却后，得到表面包覆一层具有无定形结构的氧化铝薄膜的锂离子电池正极复合材料；其中正极活性物质为含锂过渡金属氧化物，其化学通式为LiNi1-x-yCoxMyO2；式中M为Mg，Al，Cr或Mn；0<x<1，0<y<1。
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