CN102891301A - 一种铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法：按分子式为(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩尔比例，将氢氧化镍、氢氧化锰、碳酸锂和氧化镁混合均匀，烧结，得到无包覆正极材料；将硫酸铝与甲苯相溶形成的铝盐溶胶，将NH3·H2O溶液加入到铝盐溶胶，得到铝包覆液；将上述无包覆的正极材料加入到包覆相乙二醇中，加入上述铝盐溶胶包覆液；将所得铝包覆的锂离子电池正极材料的浆料干燥后，烧结，得到铝包覆的锂离子电池正极材料。本发明采用了特定的正极材料，并包覆有铝，因此在具有高能量密度的同时，具有良好的循环稳定性，用于锂离子电池时，容量高，循环稳定性好，使用寿命长。

Description

一种铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池作为一种新型的二次电池，具有比容量高、电压高、安全性好的特点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机、DVD、MP3等便携式电器的驱动电源。但随着电子产品的不断升级换代，对其电源的要求也不断提高，因而对电池材料的能量密度也有更高的要求。
锂离子电池的能量密度可以分为体积能量密度和重量能量密度，市场需要的是体积能量密度和重量能量密度的同时提高。目前广泛使用的锂离子电池正极材料有钴酸锂、尖晶石型锰酸锂、镍钴二元材料、镍钴锰三元材料和磷酸铁锂等；其中钴酸锂综合性能最优，制备工艺成熟，是目前市场上的主流正极材料。
在同样的容量发挥前提下，要提高电池的体积能量密度，就需要提高电池活性物质的单位体积填充量。对于目前常用的正极材料来说，其颗粒越大，由于材料的粒度分布变宽其压实密度也越大，材料的体积填充量就越大，其体积能量密度就越大。因此，迫切需要提供兼顾重量能量密度、体积能量密度，并同时具有良好的循环性能、倍率放电性能及安全性能的锂离子电池正极材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法，使用该方法制备的电池正极材料的锂离子电池具有循环性好、能量密度高、使用寿命长等特点。
为了实现上述目的，本发明提供的一种铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤1，制备无包覆正极材料
按分子式为 (Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩尔比例，将前躯体氢氧化镍、氢氧化锰、碳酸锂和氧化镁，混合均匀，在900-1000℃下，将所得混合物恒温烧结30-40小时，得到分子式为(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2的无包覆正极材料；
步骤2，制备铝包覆液
将硫酸铝与甲苯相溶形成的铝盐溶胶，溶胶中铝盐的重量浓度为20-25%，将NH3·H2O溶液加入到铝盐溶胶，搅拌均匀，得铝包覆液，所述NH3·H2O与铝盐溶胶中Al的摩尔比为1：2-3；
步骤3，铝包覆
将上述无包覆的正极材料加入到包覆相乙二醇中，正极材料与包覆相的重量比例控制在1：3-2：1；搅拌混合15-20分钟后，加入上述铝盐溶胶包覆液，其中元素Al与正极材料的Mn、Ni、Mg元素之和的摩尔比为0.003-0.006；
步骤4，热处理
将所得铝包覆的锂离子电池正极材料的浆料干燥后，烧结，得铝包覆的锂离子电池正极材料。
其中，步骤4中所述烧结条件优选为：在500-700℃下烧结10-12h。
其中，步骤1优选为：按分子式为 (Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩尔比例，将前躯体氢氧化镍、氢氧化锰、碳酸锂和氧化镁，混合均匀，在900-1000℃下，将所得混合物恒温烧结30-40小时，将烧结产品球磨粉碎，过300目筛，得粒径为100μm以下的分子式为(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2的无包覆正极材料。
本发明还提供了一种上述任意方法制备的铝包覆锂离子电池正极材料。
本发明制备的锂离子电池正极材料，由于采用了特定的正极材料，并包覆有铝，因此在具有高能量密度的同时，具有良好的循环稳定性，用于锂离子电池时，容量高，循环稳定性好，使用寿命长。
具体实施方式
实施例一
制备无包覆正极材料
按分子式为 (Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩尔比例，将前躯体氢氧化镍、氢氧化锰、碳酸锂和氧化镁，加入到混料罐中，混合均匀，在900℃下，将步骤所得混合物恒温烧结30小时，反应完全后，将烧结产品球磨粉碎，过300目筛，得粒径为100μm以下的分子式为(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2的无包覆正极材料。
制备铝包覆液
将硫酸铝与甲苯相溶形成的铝盐溶胶，溶胶中铝盐的重量浓度为20%，将NH3·H2O溶液加入到铝盐溶胶，搅拌均匀，得铝包覆液，所述NH3·H2O与铝盐溶胶中Al的摩尔比为1：2。
铝包覆
将上述无包覆的正极材料加入到包覆相乙二醇中，正极材料与包覆相的重量比例控制在1-2；搅拌混合15分钟后，加入上述铝盐溶胶包覆液，其中元素Al与正极材料的Mn、Ni、Mg元素之和的的摩尔比为0.003。
热处理
将所得铝包覆的锂离子电池正极材料的浆料干燥后，置于马弗炉中，在500℃下烧结10h，得铝包覆的锂离子电池正极材料。
实施例二
制备无包覆正极材料
按分子式为 (Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩尔比例，将前躯体氢氧化镍、氢氧化锰、碳酸锂和氧化镁，加入到混料罐中，混合均匀，在1000℃下，将步骤所得混合物恒温烧结40小时，反应完全后，将烧结产品球磨粉碎，过300目筛，得粒径为100μm以下的分子式为(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2的无包覆正极材料。
制备铝包覆液
将硫酸铝与甲苯相溶形成的铝盐溶胶，溶胶中铝盐的重量浓度为25%，将NH3·H2O溶液加入到铝盐溶胶，搅拌均匀，得铝包覆液，所述NH3·H2O与铝盐溶胶中Al的摩尔比为1：3；
铝包覆
将上述无包覆的正极材料加入到包覆相乙二醇中，正极材料与包覆相的重量比例控制在3：1；搅拌混合20分钟后，加入上述铝盐溶胶包覆液，其中元素Al与正极材料的Mn、Ni、Mg元素之和的的摩尔比为0.006。
热处理
将所得铝包覆的锂离子电池正极材料的浆料干燥后，置于马弗炉中，在700℃下烧结12h，得铝包覆的锂离子电池正极材料。
 比较例
按照锂、钴、铝原子比例为1.06：1.00：0.005的比例将钴源、锂源、铝源球磨混合，使用聚氨酯球进行球磨，球磨时间为5小时，焙烧，冷却后的产物先通过粗破碎后，再使用气流磨进行精破碎，粉末的平均粒度D50为12μm~16μm和5μm~8μm，将钴酸锂粉末置于混料罐中，大小颗粒钴酸锂的重量比为1：1，加入微米级铝源、钛源、氟化锂，使用聚氨酯球进行球磨混合，混合时间为3小时，通过筛分后的钴酸锂混合粉末置于推板隧道窑中，在空气气氛下进行焙烧，焙烧温度为950℃，焙烧时间为10小时，焙烧后的产物先经粗破碎，然后使用气流磨进行精破碎，得到粒度D50为8~12μm的产物，此时获得掺杂铝、镁、钛、氟型钴酸锂。
将合成的实施例一、二及比较例的样品将本实施例所得铝包覆锂离子电池正极材料装成CR2432型号扣式电池，进行电性能评估，负极为金属锂片。电池测试充放电电流密度为20mA/g，电压范围为2.0-4.8V，选择温度为常温测试25℃。经测试该实施例一和二的的材料与比较例的材料相比，首次放电比容量提升了50%以上，循环寿命提高了2倍以上。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种铝包覆锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，制备无包覆正极材料
按分子式为 (Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩尔比例，将前躯体氢氧化镍、氢氧化锰、碳酸锂和氧化镁，混合均匀，在900-1000℃下，将所得混合物恒温烧结30-40小时，得到分子式为(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2的无包覆正极材料；
步骤2，制备铝包覆液
将硫酸铝与甲苯相溶形成的铝盐溶胶，溶胶中铝盐的重量浓度为20-25%，将NH3·H2O溶液加入到铝盐溶胶，搅拌均匀，得到铝包覆液，所述NH3·H2O与铝盐溶胶中Al的摩尔比为1：2-3；
步骤3，铝包覆
将上述无包覆的正极材料加入到包覆相乙二醇中，正极材料与包覆相的重量比例控制在1：3-2：1；搅拌混合15-20分钟后，加入上述铝盐溶胶包覆液，其中元素Al与正极材料的Mn、Ni、Mg元素之和的摩尔比为0.003-0.006；
步骤4，热处理
将所得铝包覆的锂离子电池正极材料的浆料干燥后，烧结，得到铝包覆的锂离子电池正极材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中所述烧结条件为：在500-700℃下烧结10-12h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1为：
按分子式为 (Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2中的摩尔比例，将前躯体氢氧化镍、氢氧化锰、碳酸锂和氧化镁，混合均匀，在900-1000℃下，将所得混合物恒温烧结30-40小时，将烧结产品球磨粉碎，过300目筛，得到粒径为100μm以下的分子式为(Li0.8Mn0.55Ni0.42Mg0.03)O2的无包覆正极材料。
4.一种如权利要求1所述方法制备的铝包覆锂离子电池正极材料。
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