CN103700817A - LiV3O8 和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2共混改性锂电池正极材料的制备方法 - Google Patents

LiV3O8 和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2共混改性锂电池正极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂电池正极材料的制造，具体是一种LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2共混改性锂电池正极材料的制备方法。本发明的方法包括以下步骤：a.正极材料LiV3O8的制备；b.三元正极LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的制备；c.将正极材料LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2按照3:7 的质量比在三维锥混机内混合；在马弗炉内烧结，在480－500℃预烧2h；650－675℃烧结4h；在800－825℃烧结6h，并在此温度保温8h；后随炉自然冷却，破碎，最后制得共混材料（LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2）。本发明通过三元材料与LiV3O8的共混改性，能够获得高压实密度的正极材料，经检测，可以有效提高容量性能。

Description

LiV3O8 和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2共混改性锂电池正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池正极材料的制造，具体是一种LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2共混改性锂电池正极材料的制备方法。
背景技术
LiV3O8和三元材料均被用于锂电池的正极材料，材料压实密度较低，限制了材料容量性能的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种压实密度高、容量性能好的LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2共混改性锂电池正极材料的制备方法。
本发明的方法包括以下步骤：
a.正极材料Li V3O8的制备，具体步骤为
a-1.按照所需摩尔比将NH4VO3和电池级碳酸锂分别于玛瑙研钵中研细后，放入三维锥混机内混合均匀，在90－100℃真空干燥箱中干燥12－15h；再将其研磨3－4h；
a-2.将研磨后的物料放入马弗炉内烧结，先在480－500℃预烧2h；后在700－740℃烧结5h；在800－850℃烧结7h，同时在此温度保温8h；后随炉自然冷却；破碎得到纳米级LiV3O8正极材料；
b.三元正极LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的制备，具体步骤为
b-1.将Ni(NO3)2·6H2O，Co(NO3)2·6H2O，Mn(NO3)2·6H2O按照2:1:2的摩尔比例配置成金属离子溶液，其中金属离子的总量是2mol/L；配置2mol/L的NaOH溶液，后将这两种溶液在50℃反应，在反应过程中，用氨水调节pH在9-11范围内；反应完毕后，继续陈化18－20h，将沉淀物质洗涤、烘干后，研磨即得三元前躯体(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2；
b2.将上述所制的三元前躯体(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2和电池级碳酸锂按照M/Li=1:1.02的摩尔比在三维锥混机内混合使其达到混合均匀，M为三元总含量；混合后的物料放入马弗炉内烧结，先在480－500℃预烧3h；在700－735℃烧结6h；在850－875℃烧结8h；在900－920℃烧结10h，并在此温度保温10h；后随炉自然冷却、破碎，过200目筛，最后制的三元正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2；
c.将正极材料LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2按照3:7的质量比在三维锥混机内混合；在马弗炉内烧结，在480－500℃预烧2h；650－675℃烧结4h；在800－825℃烧结6h，并在此温度保温8h；后随炉自然冷却，破碎，最后制得共混材料（LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2）。
本发明通过三元材料与LiV3O8的共混改性，能够获得高压实密度的正极材料，经检测，可以有效提高容量性能。
具体实施方式
本发明实施例的方法包括以下步骤：
a.正极材料Li V3O8的制备，具体步骤为
a-1.按照所需摩尔比将NH4VO3和电池级碳酸锂分别于玛瑙研钵中研细后，放入三维锥混机内混合均匀，用时2h，在100℃真空干燥箱中干燥15h；再将其研磨4h；
a-2.将研磨后的物料放入马弗炉内烧结，先在500℃预烧2h；后在740℃烧结5h；在850℃烧结7h，同时在此温度保温8h；后随炉自然冷却；破碎过200目筛。得到纳米级LiV3O8正极材料；
b.三元正极LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的制备，具体步骤为
b-1.将Ni(NO3)2·6H2O，Co(NO3)2·6H2O，Mn(NO3)2·6H2O按照2:1:2的摩尔比例配置成金属离子溶液，其中金属离子的总量是2mol/L；配置2mol/L的NaOH溶液，后将这两种溶液在50℃反应，在反应过程中，用氨水调节pH在9-11范围内；反应完毕后，继续陈化20h，将沉淀物质洗涤4次，放置真空干燥箱烘干后，研磨即得三元前躯体(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2；
b2.将上述所制的三元前躯体(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2和电池级碳酸锂按照M/Li=1:1.02的摩尔比在三维锥混机内混合使其达到混合均匀，M为三元总含量；混合后的物料放入马弗炉内烧结，先在500℃预烧3h；在735℃烧结6h；在875℃烧结8h；在920℃烧结10h，并在此温度保温10h；后随炉自然冷却、破碎，过200目筛，最后制的三元正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2；
c.将正极材料LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2按照3:7的质量比在三维锥混机内混合4h。；在马弗炉内烧结，在500℃预烧2h；675℃烧结4h；在825℃烧结6h，并在此温度保温8h；后随炉自然冷却，破碎，过筛。最后制得共混材料（LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2）。
本发明实施例制得的材料物化指标：
采用固相烧结法制备共混材料其平均粒度在8.50-10.5之间，液氮吸附法测的共混材料比表面积为0.43m2/g。
干粉压实密度
条件：在30Mpa压力下，保压时间为6min。检测结果如下表。
测试项目 1 2 3 平均值
LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2 3.65 3.64 3.64 3.64
Li V3O8 3.86 3.87 3.86 3.86
共混材料 3.78 3.77 3.77 3.77
从上表可知，LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2和LiV3O8两者混合产品共烧制备的材料的干粉压实密度处于较好水平。
产品测试数据：
正极配方活性物质：SP：PVDF=96.0:2.0:2.0（固含量67%）；
负极配方石墨：CMC：SP：SBR=94.0:2.0:1.5:2.5（固含量48%）；
电解液型号：TC-E2011027；
全电池测试数据：0.2C首次放电比容量≥193mAh/g；
全电池倍率数据如下表：
Figure BDA0000440266180000031
从上表可以看出，共混材料在1C的放电倍率为96.8%，2C放电倍率为92.5%。

Claims (1)

1.一种LiV3O8 和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2共混改性锂电池正极材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤，
a.正极材料Li V3O8的制备，具体步骤为
a-1.按照所需摩尔比将NH4VO3和电池级碳酸锂分别于玛瑙研钵中研细后，放入三维锥混机内混合均匀，在90－100℃真空干燥箱中干燥12－15h；再将其研磨3－4h；
a-2.将研磨后的物料放入马弗炉内烧结，先在480－500℃预烧2h；后在700－740℃烧结5h；在800－850℃烧结7h，同时在此温度保温8h；后随炉自然冷却；破碎得到纳米级LiV3O8正极材料；
b.三元正极LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2的制备，具体步骤为
b-1.将Ni(NO3)2·6H2O，Co(NO3)2·6H2O，Mn(NO3)2·6H2O按照2:1:2的摩尔比例配置成金属离子溶液，其中金属离子的总量是2mol/L；配置2mol/L的NaOH溶液，后将这两种溶液在50℃反应，在反应过程中，用氨水调节pH在9-11范围内；反应完毕后，继续陈化18－20h，将沉淀物质洗涤、烘干后，研磨即得三元前躯体(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2；
b2.将上述所制的三元前躯体(Ni0.4Co0.2Mn0.4)(OH)2和电池级碳酸锂按照M/Li=1:1.02的摩尔比在三维锥混机内混合使其达到混合均匀，M为三元总含量；混合后的物料放入马弗炉内烧结，先在480－500℃预烧3h；在700－735℃烧结6h；在850－875℃烧结8h；在900－920℃烧结10h，并在此温度保温10h；后随炉自然冷却、破碎，过200目筛，最后制的三元正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2；
c.将正极材料LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2按照3:7  的质量比在三维锥混机内混合；在马弗炉内烧结，在480－500℃预烧2h；650－675℃烧结4h；在800－825℃烧结6h，并在此温度保温8h；后随炉自然冷却，破碎，最后制得共混材料（LiV3O8和LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2）。
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