CN105118986A - 高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法 - Google Patents

高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105118986A
CN105118986A CN201510539669.2A CN201510539669A CN105118986A CN 105118986 A CN105118986 A CN 105118986A CN 201510539669 A CN201510539669 A CN 201510539669A CN 105118986 A CN105118986 A CN 105118986A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cobalt
nickel
preparation
source compound
manganese
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510539669.2A
Other languages
English (en)
Inventor
李继利
王晓峰
赵军伟
贾铁昆
陈建
付芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luoyang Institute of Science and Technology
Original Assignee
Luoyang Institute of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Luoyang Institute of Science and Technology filed Critical Luoyang Institute of Science and Technology
Priority to CN201510539669.2A priority Critical patent/CN105118986A/zh
Publication of CN105118986A publication Critical patent/CN105118986A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明是有关于一种高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：分别配制含有锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物和锰源化合物的混合溶液以及碳纳米管分散液；将所述混合溶液加入到所述碳纳米管分散液中，并在35-80℃加热蒸发溶剂，得到凝胶状前驱体；将所述凝胶状前驱体干燥后，研磨得到前驱体粉末；将所述前驱体粉末烧结，得到所述镍钴锰酸锂正极材料。本发明提供的技术方案具有成本低，工艺路线简单，能耗低的优点，适合于工业化量产。

Description

高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料的制备方法，具体而言，涉及一种锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，更具体地，涉及一种高性能镍钴锰酸锂多孔二维纳米片状正极材料的制备方法和基于此方法制备的镍钴锰酸锂纳米片作为锂离子电池正极材料的应用。
背景技术
锂离子电池以其良好的性能成为电动汽车领域最具竞争力的动力电源之一。这就对锂离子电池的大电流充放电性能以及循环稳定性提出了更高的要求。传统的钴酸锂等正极材料，由于实际容量偏低(～140mAhg-1)，价格昂贵，毒性较大，对环境造成污染等问题受到限制。然而，与钴酸锂具有相同层状结构的三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，具有高的可逆容量，稳定的结构，高的热稳定性和相对较低的成本，被认为是作为电动汽车用锂离子电池正极材料中最具前景的材料之一。但是，其大电流充放电性能仍不能满足作为电动汽车电源的应用。
目前，三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备方法主要有：固相法，共沉淀法，溶胶凝胶法等。其中，固相法难以获得镍钴锰三种元素混合均匀的产物。并且最终产物的形貌和尺寸难以控制。共沉淀法需要严格控制沉淀条件以达到所有金属元素同时沉淀，才能保证各元素均匀分布，但是实际生产中很难实现这一条件，得到产物的比例不理想，性能在一定程度上也受到了较大的影响。溶胶凝胶法合成的产物具有粒径小，且分布均匀的优点，使材料的初始容量较高。但一般的溶胶凝胶法都采用有机试剂，导致成本较高，难以应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，所述制备方法采用碳纳米管作为模板，与简单的溶胶凝胶法相结合制备多孔二维层状结构镍钴锰酸锂纳米片正极材料，使得本发明具有成本低，工艺路线简单，能耗低的优点，适合于工业化量产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，包括如下步骤：
步骤(a)，配制金属离子总浓度为0.01-10mol/L的锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物和锰源化合物的混合溶液，其中混合溶液中锂离子、镍离子、钴离子、锰离子的摩尔比为(3.05～3.15):1:1:1；
步骤(b)，将0.01-1g直径为50-200nm的碳纳米管超声分散在溶剂中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的分散液中，并加热蒸发溶剂，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体干燥后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末进行热处理，烧结，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2多孔纳米片。
进一步的，所述锂源化合物为氢氧化锂，醋酸锂，硝酸锂，氯化锂；所述镍源化合物为硫酸镍，氯化镍，乙酸镍，硝酸镍，氨基磺酸镍或溴化镍；所述钴源化合物为硫酸钴，氯化钴，乙酸钴，硝酸钴或溴化钴；所述锰源化合物为硫酸锰，氯化锰，乙酸锰，硝酸锰或高氯酸锰；所述锂源、镍源、钴源和锰源化合物中至少有一种为硝酸盐或乙酸盐。
所述步骤(a)中所述混合溶液的溶剂为水，甲醇，乙醇，乙二醇，丙三醇，丁醇或丙酮中的一种或多种混合。
进一步的，所述步骤(b)中所述溶剂为水，甲醇，乙醇，乙二醇，丙三醇，丁醇或丙酮中的一种或多种混合。
进一步的，所述步骤(c)中在35-80℃下进行溶剂蒸发0.5-10小时。
进一步的，所述步骤(d)中干燥的温度为60-120℃，时间为1-24小时。
进一步的，所述步骤(e)中所述前驱粉体的热处理为一步烧结法，在500-900℃烧结0.5-24小时。
进一步的，所述步骤(e)中所述前驱粉体的热处理也可为两步烧结法，首先在300-500℃烧结0.5-12小时，再在600-900℃烧结0.5-12小时。
借由上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
其一，将碳纳米管作为模板和简单的溶胶凝胶法相结合得到锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂。
其二，得到的产物镍钴锰酸锂正极材料为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2多孔纳米片，其尺寸为1-10μm，厚度为50-500nm。所述的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2多孔纳米片由尺寸在50-500nm的较小初级粒子组成。
其三，得到的产物镍钴锰酸锂正极材料为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2多孔纳米片具有优异的倍率性能和循环稳定性。
以上所得的镍钴锰酸锂纳米片正极材料，其循环稳定性和倍率性能都得到极大的提高。采用模板法和溶胶凝胶法相结合的方法得到的镍钴锰酸锂正极材料纳米片，其中较小的初级粒子能够有效地缩短锂离子的扩散距离，从而提高材料的倍率性能，其中多孔和二维结构能够增加电极电解液的接触面积使电解液能够更好地浸润，进一步提高材料倍率性能。该方法得到的镍钴锰酸锂纳米片正极材料解决了常用固态合成所得材料倍率性能不佳，稳定性较差的问题。另外，本发明成本低，工艺路线简单，能耗低，适合于工业化量产。
附图说明
图1为说明实施案例1所制备的镍钴锰酸锂纳米片正极材料的X-射线衍射图。
图2为说明实施案例1所制备的镍钴锰酸锂纳米片正极材料的SEM图。
图3为说明实施案例1所制备的镍钴锰酸锂纳米片正极材料的循环稳定性和倍率性能图，其中1C＝200mAg-1。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面结合实例对本发明做进一步说明，但是本发明要求保护范围并不局限于实例的表述范围。
实施案例1
步骤(a)，配制金属离子总浓度为0.01mol/L的硝酸锂、硝酸镍、硝酸钴和乙酸锰的混合水溶液，其中所述混合水溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.01g直径为50nm的碳纳米管超声分散在乙醇中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合水溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的乙醇分散液中，并45℃加热蒸发溶剂10小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在100℃干燥12小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末在850℃烧结12小时，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
图1镍钴锰酸锂纳米片正极材料的X射线衍射图谱，分析材料的晶体结构。图2是镍钴锰酸锂纳米片正极材料的SEM照片，显示较小的初级粒子构成的二维纳米片形貌。图3是镍钴锰酸锂纳米片正极材料的循环稳定性和倍率性能，显示了优异的电化学性能。
锂离子电池正极片的制备及扣式电池测试。以镍钴锰酸锂纳米片为电极活性物质，导电炭黑为导电剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂按质量比80:10:10称取，在加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂后，经过研磨混合得到浆料。用刮刀将浆料涂布于集流体铝箔上，再于120℃下真空干燥10小时，除去溶剂和水分，并于10MPa的压力下压实，使电极的粉料间接触紧密。再冲压成直径为14mm大小的正极圆片，之后再在真空干燥箱中干燥10小时后准备装配。电池在充满氩气的干燥手套箱中进行装配。测试电池采用CR2025扣式电池，负极采用金属锂片，隔膜采用Celgard2400膜，电解液为1MLiPF6的EC：DMC：DEC＝1:1:1(体积比)的电解液。电池测试在室温下采用蓝电电池测试系统(LANDCT-2001A)进行，充放电电压范围为2.5-4.5V。
实施案例2
步骤(a)，配制金属离子总浓度为10mol/L的硝酸锂、硝酸镍、乙酸钴和氯化锰的混合水溶液，其中所述混合水溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.05:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将1g直径为200nm的碳纳米管超声分散在乙醇中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合水溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的乙醇分散液中，并80℃加热蒸发溶剂0.5小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在60℃干燥24小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末在500℃烧结24小时，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例3
步骤(a)，配制金属离子总浓度为5mol/L的氢氧化锂、乙酸镍、硝酸钴和硫酸锰的混合水溶液，其中所述混合水溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.5g直径为100nm的碳纳米管超声分散在水中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合水溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的水分散液中，并80℃加热蒸发溶剂5小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在120℃干燥1小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末在900℃烧结0.5小时，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例4
步骤(a)，配制金属离子总浓度为0.05mol/L的氯化锂、硝酸镍、氯化钴和硝酸锰的混合乙醇溶液，其中所述混合乙醇溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.1:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.05g直径为50nm的碳纳米管超声分散在甲醇中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合乙醇溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的甲醇分散液中，并35℃加热蒸发溶剂8小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在80℃干燥16小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末在800℃烧结14小时，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例5
步骤(a)，配制金属离子总浓度为1mol/L的乙酸锂、氯化镍、硝酸钴和高氯酸锰的混合甲醇溶液，其中所述混合甲醇溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.1g直径为100nm的碳纳米管超声分散在乙二醇中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述所述混合甲醇溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的乙二醇分散液中，并60℃加热蒸发溶剂10小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在120℃干燥24小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末在700℃烧结20小时，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例6
步骤(a)，配制金属离子总浓度为2mol/L的硝酸锂、硫酸镍、溴化钴和硝酸锰的混合乙二醇溶液，其中所述混合乙二醇溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.4g直径为200nm的碳纳米管超声分散在丙三醇中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合乙二醇溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的丙三醇分散液中，并80℃加热蒸发溶剂10小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在120℃干燥20小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末在600℃烧结24小时，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例7
步骤(a)，配制金属离子总浓度为4mol/L的硝酸锂、氨基磺酸镍、硝酸钴和乙酸锰的混合丁醇溶液，其中所述混合丁醇溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.8g直径为100nm的碳纳米管超声分散在丁醇中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合丁醇溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的丁醇分散液中，并80℃加热蒸发溶剂10小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在100℃干燥24小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末在750℃烧结20小时，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例8
步骤(a)，配制金属离子总浓度为0.2mol/L的乙酸锂、乙酸镍、硝酸钴和硝酸锰的混合丙三醇溶液，其中所述混合丙三醇溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.06g直径为50nm的碳纳米管超声分散在丙酮中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合丙三醇溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的丙酮分散液中，并70℃加热蒸发溶剂10小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在110℃干燥22小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱粉末先在400℃预烧5小时，然后再在850℃烧结12小时得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例9
步骤(a)，配制金属离子总浓度为0.7mol/L的氢氧化锂、硝酸镍、氯化钴和氯化锰的混合水溶液，其中所述混合水溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.09g直径为100nm的碳纳米管超声分散在乙醇中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合水溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的乙醇分散液中，并50℃加热蒸发溶剂7小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在90℃干燥10小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱粉末先在300℃预烧12小时，然后再在900℃烧结0.5小时得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例10
步骤(a)，配制金属离子总浓度为0.08mol/L的硝酸锂、硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰溶于水和乙醇(体积比1:1)混合溶剂的溶液，其中混合后的所述溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.5g直径为50nm的碳纳米管超声分散在水和乙醇混合溶剂中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将步骤(a)中所述混合后的溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的分散液中，并40℃加热蒸发溶剂4小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在70℃干燥8小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱粉末先在500℃预烧0.5小时，然后再在600℃烧结12小时得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例11
步骤(a)，配制金属离子总浓度为0.1mol/L的氯化锂、硝酸镍、硝酸钴和氯化锰溶于水和乙二醇(体积比2:1)混合溶剂的溶液，其中混合后的所述溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.03g直径为200nm的碳纳米管超声分散在乙醇和乙二醇混合溶剂中(体积比1:1)，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将步骤(a)中所述混合后的溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的分散液中，并60℃加热蒸发溶剂9小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在120℃干燥10小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱粉末先在450℃预烧8小时，然后再在700℃烧结10小时得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例12
步骤(a)，配制金属离子总浓度为0.5mol/L的硝酸锂、乙酸镍、硝酸钴和乙酸锰溶于乙醇和乙二醇(体积比1:1)混合溶剂的溶液，其中混合后的所述溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.8g直径为100nm的碳纳米管超声分散在水和乙二醇混合溶剂中(体积比1:1)，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将步骤(a)中所述混合后的溶液在搅拌下加入碳纳米管的分散液中，并80℃加热蒸发溶剂10小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在120℃干燥24小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱粉末先在350℃预烧10小时，然后再在750℃烧结8小时得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
实施案例13
步骤(a)，配制金属离子总浓度为6mol/L的乙酸锂、硝酸镍、硝酸钴和乙酸锰溶于水和丙三醇(体积比2:1)混合溶剂的溶液，其中混合后的所述溶液中锂、镍、钴和锰的离子比为3.15:1:1:1(摩尔比)；
步骤(b)，将0.2g直径为200nm的碳纳米管超声分散在乙醇混合溶剂中(体积比1:1)，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将步骤(a)中所述混合后的溶液在搅拌下加入碳纳米管的分散液中，并80℃加热蒸发溶剂10小时，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体在120℃干燥20小时后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱粉末先在450℃预烧4小时，然后再在650℃烧结12小时得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
综上所述，本发明提出了一种高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法。该制备方法采用碳纳米管作为模板，与简单的溶胶凝胶法相结合制备得到多孔二维层状结构镍钴锰酸锂纳米片(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)正极材料。本发明的技术方案具有成本低，工艺路线简单，能耗低等优点，非常适合工业化量产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(a)，配制锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物和锰源化合物的混合溶液，其中所述混合溶液中锂离子、镍离子、钴离子、锰离子的摩尔比为(3.05～3.15):1:1:1；
步骤(b)，将碳纳米管超声分散在溶剂中，形成碳纳米管的分散液；
步骤(c)，将所述混合溶液在搅拌下加入所述碳纳米管的分散液中，并加热蒸发溶剂，得到凝胶状前驱体；
步骤(d)，将所述凝胶状前驱体干燥后，研磨得到前驱体粉末；
步骤(e)，将所述前驱体粉末进行热处理，烧结，得到所述镍钴锰酸锂正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2多孔纳米片。
2.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中锂、镍、钴、锰的摩尔比为3.15:1:1:1。
3.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述锂源化合物为氢氧化锂，醋酸锂，硝酸锂，氯化锂；所述镍源化合物为硫酸镍，氯化镍，乙酸镍，硝酸镍，氨基磺酸镍或溴化镍；所述钴源化合物为硫酸钴，氯化钴，乙酸钴，硝酸钴或溴化钴；所述锰源化合物为硫酸锰，氯化锰，乙酸锰，硝酸锰或高氯酸锰；
所述锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物和锰源化合物中至少有一种为硝酸盐或乙酸盐。
4.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)中的所述混合溶液的溶剂为水，甲醇，乙醇，乙二醇，丙三醇，丁醇或丙酮中的一种或多种混合。
5.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中的所述碳纳米管的直径在50-200nm。
6.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中的所述溶剂为水，甲醇，乙醇，乙二醇，丙三醇，丁醇或丙酮中的一种或多种混合。
7.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)中的加热是在35-80℃下进行溶剂蒸发0.5-10小时。
8.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(d)中干燥的温度为60-120℃，时间为1-24小时。
9.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(e)中所述前驱粉体的热处理为一步烧结法，在500-900℃烧结0.5-24小时。
10.如权利要求1所述的高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法，其特征在于，所述步骤(e)中所述前驱粉体的热处理为两步烧结法，在300-500℃烧结0.5-12小时，再在600-900℃烧结0.5-12小时。
CN201510539669.2A 2015-08-28 2015-08-28 高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法 Pending CN105118986A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510539669.2A CN105118986A (zh) 2015-08-28 2015-08-28 高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510539669.2A CN105118986A (zh) 2015-08-28 2015-08-28 高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105118986A true CN105118986A (zh) 2015-12-02

Family

ID=54666919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510539669.2A Pending CN105118986A (zh) 2015-08-28 2015-08-28 高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105118986A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105914351A (zh) * 2016-04-14 2016-08-31 北京晶晶星科技有限公司 一种尖晶石型锰酸锂或镍锰酸锂的制备方法
CN107978740A (zh) * 2017-11-16 2018-05-01 格林美（无锡）能源材料有限公司 一种镍钴锰三元正极材料的激光烧灼制备方法
CN109292826A (zh) * 2018-07-26 2019-02-01 华南理工大学 一种高充放电容量多孔锰酸锂材料及制备方法与应用
CN111653749A (zh) * 2020-06-08 2020-09-11 浙江大学 基于镍钴锰酸锂碳纳米管复合材料的半固态锂正极悬浮液
CN112875766A (zh) * 2021-01-28 2021-06-01 山东宏匀纳米科技有限公司 一种添加碳源的微波加热溶液法制备三元正极材料的方法
CN114566728A (zh) * 2022-02-28 2022-05-31 蜂巢能源科技股份有限公司 一种无钴正极材料的回收方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101453006A (zh) * 2007-12-03 2009-06-10 中国科学院成都有机化学有限公司 微细孔结构的锂离子电池电极材料及其制备方法
CN101944602A (zh) * 2010-09-27 2011-01-12 彩虹集团公司 一种纳米三元复合锂离子电池正极材料的制备方法
CN102709568A (zh) * 2012-06-25 2012-10-03 天津工业大学 一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2的制备方法
CN103474628A (zh) * 2013-09-22 2013-12-25 深圳市倍特力电池有限公司 碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料
CN104201334A (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 青岛乾运高科新材料股份有限公司 一种富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法
CN104810520A (zh) * 2015-04-17 2015-07-29 奇瑞汽车股份有限公司 一种锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101453006A (zh) * 2007-12-03 2009-06-10 中国科学院成都有机化学有限公司 微细孔结构的锂离子电池电极材料及其制备方法
CN101944602A (zh) * 2010-09-27 2011-01-12 彩虹集团公司 一种纳米三元复合锂离子电池正极材料的制备方法
CN102709568A (zh) * 2012-06-25 2012-10-03 天津工业大学 一种锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂LiNixCoyMn1-x-yO2的制备方法
CN103474628A (zh) * 2013-09-22 2013-12-25 深圳市倍特力电池有限公司 碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料
CN104201334A (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 青岛乾运高科新材料股份有限公司 一种富锂锰基锂离子电池正极材料及制备方法
CN104810520A (zh) * 2015-04-17 2015-07-29 奇瑞汽车股份有限公司 一种锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JILI LI: "LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 Nanoplates with 010 Active Planes Exposing Prepared in Polyol Medium as a High-Performance Cathode of Li-ion Battery", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105914351A (zh) * 2016-04-14 2016-08-31 北京晶晶星科技有限公司 一种尖晶石型锰酸锂或镍锰酸锂的制备方法
CN105914351B (zh) * 2016-04-14 2019-11-15 北京晶晶星科技有限公司 一种尖晶石型锰酸锂或镍锰酸锂的制备方法
CN107978740A (zh) * 2017-11-16 2018-05-01 格林美（无锡）能源材料有限公司 一种镍钴锰三元正极材料的激光烧灼制备方法
CN109292826A (zh) * 2018-07-26 2019-02-01 华南理工大学 一种高充放电容量多孔锰酸锂材料及制备方法与应用
CN109292826B (zh) * 2018-07-26 2020-12-22 华南理工大学 一种高充放电容量多孔锰酸锂材料及制备方法与应用
CN111653749A (zh) * 2020-06-08 2020-09-11 浙江大学 基于镍钴锰酸锂碳纳米管复合材料的半固态锂正极悬浮液
CN112875766A (zh) * 2021-01-28 2021-06-01 山东宏匀纳米科技有限公司 一种添加碳源的微波加热溶液法制备三元正极材料的方法
CN114566728A (zh) * 2022-02-28 2022-05-31 蜂巢能源科技股份有限公司 一种无钴正极材料的回收方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102738458B (zh) 一种富锂正极材料的表面改性方法
CN103094550B (zh) 一种富锂正极材料的制备方法
Xu et al. The preparation and role of Li2ZrO3 surface coating LiNi0. 5Co0. 2Mn0. 3O2 as cathode for lithium-ion batteries
CN105118986A (zh) 高性能锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备方法
CN107910529A (zh) 一种锰基金属有机框架化合物包覆的锂离子电池三元正极材料及其制备方法
CN107482182B (zh) 碳包覆离子掺杂磷酸锰锂电极材料及其制备方法
CN101308926B (zh) 正硅酸盐包覆的锂离子电池复合正极材料及其制备方法
CN102956887A (zh) 一种纳米级磷酸锰锂正极材料的制备方法
CN103151528A (zh) 一种掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料的制备方法
CN103594683B (zh) 一种制备高温锂离子电池锰酸锂正极材料的包覆改性方法
CN105161693A (zh) 一种高循环锂电多元正极材料ncm及其制备方法
CN106784738A (zh) 一种镁掺杂五氧化二钒/碳复合正极材料及其制备方法
CN105226267B (zh) 三维碳纳米管修饰尖晶石镍锰酸锂材料及其制备方法和应用
CN103928668B (zh) 一种锂离子电池及其正极材料的制备方法
CN104852040B (zh) 一种高倍率锂离子电池的镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN103000879B (zh) 一种具有一维多孔结构的尖晶石型锂镍锰氧的制备方法
CN105280898A (zh) 钒掺杂锂镍钴锰氧化物纳米材料及其制备方法和应用
CN106374100A (zh) 一种锂离子电池镍钴锰酸锂正极材料及其制备方法
CN103346295B (zh) 一种多元素掺杂磷酸铁锂复合正极材料的制备方法
CN104733730A (zh) 一种锂离子电池正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN104505490A (zh) 采用原位碳还原法制备的锂离子电池用正极活性材料及方法
CN105742627A (zh) 一种LiNixCoyMnl-x-yBrzO2-z/石墨烯复合正极材料的制备方法
CN107742712B (zh) 一种导电高分子包覆掺杂型锂离子电池正极材料及其合成方法
CN103094557A (zh) 一种表面包覆ZnO的锂离子电池正极材料的制备方法
CN109461917B (zh) 一种锆酸镧原位包覆高镍三元正极材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Jianxi District of Henan city of Luoyang Province, nine 471000 West Road No. 71

Applicant after: Luoyang Institute Of Science And Technology

Address before: 471023 Henan city of Luoyang province high tech Development Zone, Lu Ze

Applicant before: Luoyang Institute Of Science And Technology

COR Change of bibliographic data
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20151202

RJ01 Rejection of invention patent application after publication