CN101281965A - 一种锂离子电池正极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。该正极材料为在锰位上由铬进行取代的Li[NixCoyMn1－x－y－zCrz]O2。该正极材料具有良好的锂离子脱嵌和嵌入可逆性和良好的循环性能，容量高。制备方法包括固相法、共沉淀法和溶胶－凝胶法。本发明操作性强，成本较其它方法低，重现性好，所得的产品质量稳定，可用于锂离子电池。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。
背景技术
众所周知，锂离子电池(包括使用聚合物电解质的聚合物锂离子电池)具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点(参见：吴宇平，戴晓兵，马军旗，程预江.《锂离子电池—应用与实践》.北京：化学工业出版社，2004年；吴宇平，张汉平，吴锋，李朝晖，《聚合物锂离子电池》，北京：化学工业出版社，2007年)，因此它们的发展非常迅速。但是，随着技术的发展，一些电子器件对于锂离子电池的体积容量密度和重量容量密度提出了更高的要求，因此迫切发展比容量更高的电极材料，因为锂离子电池的容量主要受制于电极材料的比容量。尽管Li[NixCoyMn1-x-y]O2(0＜x，y＜1，0＜x+y＜1)的成本要要明显低于LiCoO2，比容量要高于LiCoO2，但是还有待于进一步的提高；同时，其循环性能与LiCoO2相比要差，也有待于进一步的改善。
发明内容
为了克服目前Li[NixCoyMn1-x-y]O2(0＜x，y＜1，0＜x+y＜1)正极材料容量较低、循环性能差的缺点，本发明的发明人进行了广泛的研究，发现在锰位采用铬取代，可以有效地解决上述问题，不仅可以提高比容量，还可以明显改善循环性能。
本发明的目的是提供一种可以提高比容量，改善循环性能的锂离子电池正极材料及其制备方法，
本发明提出的锂离子电池正极材料，是在锰位用铬进行取代的Li[NixCoyMn1-x-y-zCrz]O2，其中，x，y为正数，0＜x+y＜1，0＜z＜1-(x+y)＜1。x优选为0.1≤x≤0.8，y优选为0.1≤x≤0.5。z优选为0.001≤x≤0.05。该种锂离子电池正极材料的比较容易生产，成本低，具有良好的电化学性能，高的比容量和良好的循环性能。
本发明提供的上述锂离子电池正极材料的制备方法该方法有固相法、共沉淀法或溶胶-凝胶法。
本发明的正极材料克服了目前Li[NixCoyMn1-x-y]O2(0＜x，y＜1，0＜x+y＜1)容量低、循环性能差的缺点，提高了正极材料的结构稳定性和相应的循环性能和容量。本发明操作性强，重现性好，所得的产品质量稳定，性能优良。
具体实施方式
下面将通过实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
对比例1
将Co、Ni、Mn的摩尔比为1∶1∶1的Co3O4、NiO和MnO2混合，然后加入Li与Co、Ni、Mn摩尔比总和为1.05∶1的碳酸锂，固相球磨混合，然后在1050℃烧结24小时，得到固相法制备的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料。
锂离子电池正极材料的电化学性能测量：将上述正极材料与导电炭黑和粘合剂聚偏氟乙烯以质量比87∶8∶5的比例混合，压制在镍网上，在150℃真空干燥24小时，作为工作电极。参比电极为金属锂，电解液为1mol/l LiPF6的EC/DEC/DMC(体积比1∶1∶1)。测试电压范围为3-4.3V。
测试结果表明：该材料的比容量为138mAh/g，循环10次后容量保持率为98％。
实施例1
将Co、Ni、Mn、Cr的摩尔比为1∶1∶0.95∶0.05的Co3O4、NiO、MnO2、Cr2O3混合，然后加入Li与Co、Ni、Mn、Cr摩尔比总和为1.05∶1的碳酸锂，固相球磨混合，然后在1050℃烧结24小时，得到固相法制备的LiCo1/3Ni1/3Mn0.95/3Cr0.05/3O2正极材料。
该材料的电化学性能测试同对比例1。测试结果表明：该材料的比容量为145mAh/g，循环10次后容量保持率为100％。
对比例2
将Co、Ni、Mn的摩尔比为1∶2∶2的可溶于水的CoCl2、NiSO4和MnSO4混合，然后加入氨水，调节pH为11，得到Co、Ni、Mn摩尔比为1∶2∶2的共沉淀氢氧化物，然后加入Li与Co、Ni、Mn摩尔比总和为1.05∶1的碳酸锂，混合，然后在1050℃烧结24小时，得到共沉淀法制备的LiCo1/5Ni2/5Mn2/5O2正极材料。
该材料的电化学性能测试同对比例1。测试结果表明：该材料的比容量为140mAh/g，循环10次后容量保持率为99％。
实施例2
将Co、Ni、Mn、Cr摩尔比为1∶2∶1.99∶0.01的可溶于水的CoCl2、NiSO4、MnSO4和Cr2(SO4)3混合，然后加入氨水，调节pH为11，得到Co、Ni、Mn摩尔比为1∶2∶1.99∶0.01的共沉淀氢氧化物，然后加入Li与Co、Ni、Mn、Cr摩尔比总和为1.05∶1的碳酸锂，混合，然后在1050℃烧结24小时，得到共沉淀法制备的LiCo1/5Ni2/5Mn1.99/5Cr0.01/5O2正极材料。
该材料的电化学性能测试同对比例1。测试结果表明：该材料的比容量为146mAh/g，循环10次后容量保持率为100％。
对比例3
将Co、Ni、Mn的摩尔比为2∶5∶3的可溶于水的CoCl2、NiSO4和MnSO4混合，并加入羧酸基团与Co、Ni、Mn总摩尔比为1∶1的柠檬酸，搅拌溶解在去离子水；接着加入Li与Co、Ni、Mn摩尔比总和为1.05∶1的硝酸锂，然后加入氨水，调节pH为10，得到溶胶，然后在80℃加热，得到固体凝胶，接着在1050℃烧结24小时，得到溶胶-凝胶法制备的LiCo2/10Ni5/10Mn3/10O2正极材料。
该材料的电化学性能测试同对比例1。测试结果表明：该材料的比容量为148mAh/g，循环20次后容量保持率为98％。
实施例3
将Co、Ni、Mn、Cr摩尔比为2∶5∶2.7∶0.3的可溶于水的CoCl2、NiSO4、MnSO4和Cr2(SO4)3混合，并加入羧酸基团与Co、Ni、Mn、Cr总摩尔比为1∶1的柠檬酸，搅拌溶解在去离子水；接着加入Li与Co、Ni、Mn、Cr摩尔比总和为1.05∶1的硝酸锂，然后加入氨水，调节pH为10，得到溶胶，然后在80℃加热，得到固体凝胶，接着在1050℃烧结24小时，得到溶胶-凝胶法制备的LiCo2/10Ni5/10Mn2.77/10Cr0.3/10O2正极材料。
该材料的电化学性能测试同对比例1。测试结果表明：该材料的比容量为156mAh/g，循环20次后容量保持率为99％。
通过上述对比例和实施例之间的对比，可以看出本发明的锂离子电池正极材料不仅具有良好的电化学性能，而且比容量高，循环性能好。
Claims (4)
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于为Li[NixCoyMn1-x-y]O2在锰位上由铬进行取代的Li[NixCoyMn1-x-y-zCrz]O2；其中，x，y为正数，且满足0＜x+y＜1，0＜z＜1-(x+y)＜1。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于x满足0.1≤x≤0.8，y满足0.1≤x≤0.5。
3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于z满足0.001≤x≤0.05。
4.如权利要求1所述锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于为固相法、共沉淀法或溶胶-凝胶法。
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| CNA2008100382176A CN101281965A (zh) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | 一种锂离子电池正极材料及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104600291A (zh) * | 2010-03-04 | 2015-05-06 | Jx日矿日石金属株式会社 | 锂离子电池用正极活性物质、锂离子电池用正极及锂离子电池 |
| CN107305946A (zh) * | 2016-04-19 | 2017-10-31 | 株式会社Lg化学 | 复合过渡金属氧化物系前体、其制造方法及阳极活性物质 |
| CN108242539A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-03 | 中南大学 | 一种锰铬二元金属氧化物储能材料的制备方法及其应用 |
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2008
- 2008-05-29 CN CNA2008100382176A patent/CN101281965A/zh active Pending
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