CN102394298B - 一种LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法 - Google Patents

一种LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法，其特点是：包括的步骤：⑴按照比例称量Li源、Nb源、有机酸、LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2和有机溶剂；⑵将称取的锂盐溶于有机溶剂中，并加入有机酸、Nb源、LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2搅拌成溶胶；挥发掉溶液形成凝胶前驱体；⑶将前驱体研磨后煅烧、冷却后即得到包覆有LiNbO3的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2正极材料。本发明采用在含有锂源、有机酸的有机溶液中加入铌源和富锂正极材料的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2，正极材料表面包覆了LiNiO3，在LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料优质性能没有改变的前提下，提高了充放电过程中的稳定性的功能和循环性能得，进一步提高了材料的电化学性能。

Description

一种LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法
技术领域
本发明属于锂离子电池高比能富锂正极材料技术领域，尤其是涉及一种LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法。
背景技术
随着社会的信息化发展，笔记本电脑、移动通讯工具等便携式电子产品的日益普及，迫切要求研究人员开发高性能的化学电源，即体积小，质量轻，能量密度高、循环寿命长、安全性能高和无公害的新型绿色电源。而一些传统的化学电源，如铅酸电池、锌锰电池、镍镉电池等，不能满足这些发展的需要。锂离子电池正是在这种形势下发展起来的一种新型高能电池，并已成为当今电池行业的研究热点。LiCoO2作为较为成熟的锂离子电极正极材料之一，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，被认为是在二十一世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高新技术产品。当然还存在一些其他的电极材料比如LiFePO4，LiMn2O4，LiNiO2,三元材料等，但他们的容量一般都在200mAh/g以下。现今对电池的比容量有着越来越高的要求，开发一些新的高比能材料在所难免，通过研究发现LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2是一种非常好的高比能富锂正极材料，其比容量可以达到250mAh/g以上，但是其稳定性，以及循环性能还有待于进一步提高。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供稳定性和循环性能高、包覆效果好的一种高比能富锂正极材料的包覆方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法，其特点是：包括以下制备步骤：
⑴按照质量比为锂盐：Nb源：有机酸＝1：2-10：80-400的比例分别称取出作为Li源的锂盐、Nb源和有机酸；按照质量比的比例为1：2-100＝锂盐+Nb源+有机酸：LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2称取LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2；以锂盐、Nb源、有机酸和LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2的总质量：有机溶剂＝1g：2-20ml的配比准备出有机溶剂；所述有机酸为柠檬酸、苹果酸、乙烯酸、乳酸或者酒石酸中的一种；所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种。
⑵按照步骤⑴中比例将称取的锂盐溶于有机溶剂中，加入有机酸，搅拌成混合溶液，在溶液中加入Nb源，搅拌均匀后，加入LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2搅拌8-24h，形成溶胶；然后在60℃-120℃条件下加热搅拌至挥发掉溶液，形成凝胶前驱体；
⑶将步骤⑵中的凝胶前驱体研磨后，放入马弗炉，以5℃-10℃/min的升温速度升温至400-1000℃，空气气氛下恒温煅烧4-12h；自然冷却后即得到表面包覆有LiNbO3的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2正极材料。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂或者乙酸锂中的一种。
所述Nb源为五乙氧基铌。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明采用在含有锂源、有机酸的有机溶液中加入铌源和富锂正极材料的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2，正极材料表面包覆了LiNiO3，经测试，LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的基体结构没有改变，只是在其表面形成了保护层，保证LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2原有的的高比能性能下，具有有效阻止电解液与电极材料的接触，增加材料在充放电过程中的稳定性的功能，使得材料的循环性能得到了明显提升，进一步提高了材料的电化学性能；
2、本发明采用通过溶胶-凝胶法进行LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2表面包覆，得到的包覆层更加均匀、致密，极大的提高了包覆效果。
附图说明
图1是本发明包覆LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2前后材料XRD的比较图；
图2LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料包覆前的SEM图；
图3是本发明包覆的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料SEM图；
图4是本发明包覆LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2前后材料循环性能曲线比较图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图1-4详细说明如下：
一种LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法，包括以下制备步骤：
⑴按照质量比为锂盐：五乙氧基铌：有机酸＝1：2-10：80-400的比例分别称取出作为Li源的锂盐、作为Nb源的五乙氧基铌和作为螯合剂的有机酸；按照质量比为锂盐+五乙氧基铌+有机酸：LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2＝1：2-100的比例称取LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2；以锂盐、Nb源、有机酸和LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2的总质量：有机溶剂＝1g：2-20ml的配比准备出有机溶剂；
⑵按照步骤⑴中比例将称取的锂盐溶于有机溶剂中，加入有机酸，搅拌溶解成均匀混合溶液，将五乙氧基铌加入溶液中，搅拌混合均后，加入正极材料LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2，常温搅拌8-24h，使其在分子水平上充分混合均匀；形成溶胶；然后在60℃-120℃条件下加热搅拌至挥发掉溶液，形成凝胶前驱体；
⑶将步骤⑵中的凝胶前驱体研磨后，放入马弗炉，以5℃-10℃/min的升温速度至400-1000℃，空气气氛下恒温煅烧4-12h，此温度煅烧过程中在LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料表面形成LiNiO3晶体；自然冷却后即得到表面包覆有LiNbO3的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2正极材料。
上述中的锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂或者乙酸锂中的一种；有机酸包括柠檬酸、苹果酸、乙烯酸、乳酸或者酒石酸中的一种；有机溶剂包括乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种。
实施例1：
将0.4224g乙酸锂，加入200ml乙醇中，然后加入10g柠檬酸，搅拌使其溶解，然后将1.3176g五乙氧基铌加入溶液中，搅拌混合均后，加入30gLiNi0.133Co0.133Mn0.544O2搅拌12h，使他们之间充分混合形成溶胶；然后在80℃条件下加热搅拌使乙醇溶液慢慢挥发，形成干燥的凝胶前驱体；将前驱体研磨均匀后，放入马弗炉中，以5℃/min的速度升温至800℃，空气气氛下恒温煅烧5h；在此高温煅烧过程中在LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料表面形成LiNiO3晶体，自然冷却后得到包覆有LiNiO3的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2正极材料。
实施例2：
将0.1530g碳酸锂，加入200ml乙醇中，然后加入10g柠檬酸，搅拌使其溶解，然后将1.3176g五乙氧基铌加入溶液中，搅拌混合均后，加入30gLiNi0.133Co0.133Mn0.544O2搅拌12h，使他们之间充分混合形成溶胶；然后在80℃条件下加热搅拌使乙醇溶液慢慢挥发，形成干燥的凝胶前驱体；将前驱体研磨均匀后，放入马弗炉中，以5℃/min的速度升温至600℃，空气气氛下恒温煅烧4h；在此高温煅烧过程中在LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料表面形成LiNiO3晶体，自然冷却后得到包覆有LiNiO3的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2正极材料。
根据图1的测试结果得出，包覆LiNiO3前后的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料，其XRD图没有明显的变化，说明在LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2表面形成的包覆层没有改变LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2的基体结构，只是在其表面形成了保护层。
从图2和图3比较结果，得出包覆后的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2表面发生了明显的变化；从图4测试结果得出，本发明制备包覆后的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料较未包覆的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料，包覆层有效阻止了电解液与电极材料的接触，增加了材料在充放电过程中的稳定性，材料的循环性能得到了明显的提升，有效提高了材料的电化学性能。

Claims (3)

1.一种LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
⑴按照质量比为锂盐：Nb源：有机酸＝1：2-10：80-400的比例分别称取出作为Li源的锂盐、Nb源和有机酸；按照质量比的比例为1：2-100＝锂盐+Nb源+有机酸：LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2称取LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2；以锂盐、Nb源、有机酸和LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2的总质量：有机溶剂＝1g：2-20ml的配比准备出有机溶剂；所述有机酸为柠檬酸、苹果酸、乙烯酸、乳酸或者酒石酸中的一种；所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种；
⑵按照步骤⑴中比例将称取的锂盐溶于有机溶剂中，加入有机酸，搅拌成混合溶液，在溶液中加入Nb源，搅拌均匀后，加入LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2搅拌8-24h，形成溶胶；然后在60℃-120℃条件下加热搅拌至挥发掉溶液，形成凝胶前驱体；
⑶将步骤⑵中的凝胶前驱体研磨后，放入马弗炉，以5℃-10℃/min的升温速度升温至400-1000℃，空气气氛下恒温煅烧4-12h；自然冷却后即得到表面包覆有LiNbO3的LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2正极材料。
2.根据权利要求1所述LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法，其特征在于：所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂或者乙酸锂中的一种。
3.根据权利要求1所述LiNi0.133Co0.133Mn0.544O2材料的包覆方法，其特征在于：所述Nb源为五乙氧基铌。
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