CN103107330A - 氮化物包覆富锂正极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池材料制备领域，尤其涉及氮化物包覆富锂正极材料的制备方法。包括以下步骤：a、将富锂正极材料放入加热炉中，加热到300-500℃；b、然后再向加热炉中通入氨气，在300-500℃的条件下保温1-3h；c、冷却至室温，即得到表层含有氮化物的富锂正极材料。由于采用以上技术方案，富锂正极材料的表层与氨气发生反应，在富锂正极材料的表层中生成氮化物，经过放电循环测试和首次库伦效率的测试数据可以得出比容量高，循环稳定性好，首次库伦效率也较高，具有良好的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池材料制备领域，尤其涉及氮化物包覆富锂正极材料的制备方法。
背景技术
近年来微电子及相关技术得到了迅速发展，现代社会对锂离子电池的能量密度、体积、循环寿命、安全性等方面的要求越来越高，一般的正极材料例如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、三元等越来越不能满足人们对高容量、高能量密度储能设备的需求。层状富锂正极材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Mn，Ni，Co，Ni0.5Mn0.5，Cr，Fe)是一种α-NaFeO2型固溶体材料，由层状的Li2MnO3和LiMO2(M=Mn，Ni，Co，Ni0.5Mn0.5，Cr，Fe)形成的，以其特有的高比容量（200~300mAh/g），成为人们研究的热点。
虽然上述层状材料具有优异的电化学性能，但是目前存在的最主要的问题是：1)首次充放电效率低；2)循环稳定性差。针对这些问题，已报道的改性方法主要包括对材料进行掺杂改性和表面氧化物包覆等。但是这些方法制备的xLi2MnO3·(1-x)LiMO2材料性能依然并没有达到实际应用的要求，因此迫切需要对其进行改进与优化，使其具有良好的性能，实现工业化生产，造福人类。
发明内容
本发明的目的是提供一种循环稳定性好、首次库伦效率高的氮化物包覆富锂正极材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种氮化物包覆富锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将富锂正极材料放入加热炉中，加热到300-500℃；
b、然后再向加热炉中通入氨气，在300-500℃的条件下保温1-3h；
c、冷却至室温，即得到表层含有氮化物的富锂正极材料。
由于采用以上技术方案，富锂正极材料的表层与氨气发生反应，在富锂正极材料的表层中生成氮化物，经过放电循环测试和首次库伦效率的测试数据可以得出比容量高，循环稳定性好，首次库伦效率也较高，具有良好的电化学性能。
具体实施方式
一种氮化物包覆富锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将富锂正极材料放入加热炉中，加热到300-500℃；
b、然后再向加热炉中通入氨气，在300-500℃的条件下保温1-3h；
c、冷却至室温，即得到表层含有氮化物的富锂正极材料。
所述的富锂正极材料是xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，其中M为Mn、Ni、Co、Ni0.5Mn0.5、Cr、Fe中任意一种。
步骤a中的加热炉为管式气氛炉；步骤c中的冷却方式为炉内自然冷却。
步骤a和b中的温度均为400℃
步骤b中的保温时间为2h。
步骤c中的富锂正极材料的表层氮化物为氮化锰、氮化镍、氮化钴、氮化镉。
若富锂正极材料为xLi2MnO3·(1-x)LiMnO2，则表层生成的氮化物为氮化锰，若富锂正极材料为xLi2MnO3·(1-x)LiNiO2，则表层生成的氮化物为氮化镍，生成氮化物的具体成分以此类推。
所述的层状富锂正极材料先放入瓷舟中，然后将瓷舟放入管式气氛炉中。
在300-500℃的温度条件下富锂正极材料与氨气发生反应，在富锂正极材料的表层中生成氮化物，相当于是氮化物包覆在富锂正极材料的表层，经过放电循环测试和首次库伦效率的测试数据可以得出该方法制备的富锂正极材料的比容量高，循环稳定性好，首次库伦效率也较高，具有良好的电化学性能。
实施例1
将0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式气氛炉的中间位置。将炉温升温到400℃，此时通入NH3，并在此温度下保温3h。最后自然冷却到室温，即得到氮化锰包覆的0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2材料。
实施例2
将0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式气氛炉的中间位置。将炉温升温到300℃，此时通入NH3，并在此温度下保温3h。最后自然冷却到室温，即得到氮化物包覆的0.3Li2MnO3·0.7LiNi0.5Mn0.5O2材料。
实施例3
将0.1Li2MnO3·0.9LiNiO2材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式气氛炉的中间位置。将炉温升温到500℃，此时通入NH3，并在此温度下保温1h。最后自然冷却到室温，即得到氮化镍包覆的0.1Li2MnO3·0.9LiNiO2材料。
实施例4
将0.7Li2MnO3·0.3LiCoO2材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式气氛炉的中间位置。将炉温升温到400℃，此时通入NH3，并在此温度下保温2h。最后自然冷却到室温，即得到氮化钴包覆的0.7Li2MnO3·0.3LiCoO2材料。
实施例5
将0.8Li2MnO3·0.2LiCrO2材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式气氛炉的中间位置。将炉温升温到400℃，此时通入NH3，并在此温度下保温2h。最后自然冷却到室温，即得到氮化镉包覆的0.8Li2MnO3·0.2LiCrO2材料。
实施例6
将0.2Li2MnO3·0.8LiFeO2材料加入到瓷舟中，瓷舟放入管式气氛炉的中间位置。将炉温升温到400℃，此时通入NH3，并在此温度下保温3h。最后自然冷却到室温，即得到氮化物包覆的0.2Li2MnO3·0.8LiFeO2材料。
实施例1-6中制备的材料的放电循环测试及首次库伦效率的实验数据如下表：
由上表可以看出，本发明中记载的方法制备的氮化物包覆富锂正极材料的库首次伦效率也较高和首次放电比容量较高，而且比容量的衰减速度较慢，循环稳定性好，具有良好的电化学性能。
Claims (7)
1.一种氮化物包覆富锂正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将富锂正极材料放入加热炉中，加热到300-500℃；
b、然后再向加热炉中通入氨气，在300-500℃的条件下保温1-3h；
c、冷却至室温，即得到表层含有氮化物的富锂正极材料。
2.根据权利要求1所述的氮化物包覆富锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述的富锂正极材料是xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，其中M为Mn、Ni、Co、Ni0.5Mn0.5、Cr、Fe中任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物包覆富锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤a中的加热炉为管式气氛炉；步骤c中的冷却方式为炉内自然冷却。
4.根据权利要求1所述的氮化物包覆富锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤a和b中的温度均为400℃。
5.根据权利要求1所述的氮化物包覆的富锂材料及其制备方法，其特征在于：步骤b中的保温时间为2h。
6.根据权利要求2所述的氮化物包覆富锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤c中的富锂正极材料的表层氮化物为氮化锰、氮化镍、氮化钴、氮化镉。
7.根据权利要求3所述的氮化物包覆富锂正极材料的制备方法，其特征在于：所述的层状富锂正极材料先放入瓷舟中，然后将瓷舟放入管式气氛炉中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130515 |