CN105720241A - 一种多元复合正极材料及其制备方法 - Google Patents

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刘中华
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Abstract

本发明提供了一种多元复合正极材料，化学通式为xLiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：yLiNi0.01Co0.97Mn0.02O2，其中x+y=1。还提供了这种多元复合正极材料的制备方法，采用共沉淀法制备Ni0.48Co0.24Mn0.28(OH)2前驱体和Ni0.01Co0.97Mn0.02(OH)2前驱体，混合后经过烧结制备得到xLiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：yLiNi0.01Co0.97Mn0.02O2多元复合正极材料。本发明将上述两种正极材料经过有机复合，制备的多元复合正极材料导电性能和循环寿命好，并且成本低，可有效降低锂电池制造成本。

Description

一种多元复合正极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂电池正极材料领域，涉及一种多元复合正极材料，还涉及这种正极材料的制备方法。
背景技术
锂电池的基本构成部分包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液，其中，正极材料在锂电池的总成本中占据比例在40%以上，并且正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标，所以正极材料在锂电池中占据核心地位。
目前已经市场化的锂电正极材料包括钴酸锂、多元材料、锰酸锂和磷酸亚铁锂等产品。钴酸锂最早实现商业化应用，技术发展至今已经很成熟，并已广泛应用在小型低功率的便携式电子产品上，如手机、笔记本电脑和数码电子产品等。目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的钴酸锂作为正极材料，其理论容量为274mAh/g，实际容量为140mAh/g左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。钴酸锂正极材料具有明显的优点，例如工作电压较高（平均工作电压为3.7V）、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好，电导率高，生产工艺简单、容易制备等，但也存在一些缺点，主要表现在价格昂贵、抗过充电性较差、循环性能有待进一步提高等方面。
为了解决上述问题，国内很多电池生产制造商通过加入一定比例的三元正极材料或锰酸锂材料，来降低材料的制造成本而又保证材料性能满足要求。然而电池制造商在混合加入时，只能从市场上采购现成的三元及钴酸锂正极材料，使两者在后续性能上很难保持批次一致性和性能优越性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多元复合正极材料，该正极材料导电性能和循环寿命好，最主要的是成本低，可有效降低锂电池制造成本，经济价值大。
本发明的目的还在于提供一种多元复合正极材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种多元复合正极材料，其特征在于，化学通式为xLiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：yLiNi0.01Co0.97Mn0.02O2，其中x+y=1。
所述多元复合正极材料的制备方法包括以下步骤：
（1）Ni0.48Co0.24Mn0.28(OH)2前驱体的制备
在底液中加入络合剂氨水，配置成浓度为0.4mol/L的溶液A；选用优级纯的可溶性钴盐、锰盐、镍盐，其中Ni：Co：Mn的摩尔比为0.48:0.24:0.28，配置成一定浓度的溶液，控制总金属摩尔浓度≤2mol/L，按一定流量并流加入到溶液A中；选用优级纯的氢氧化钠配置成2mol/L浓度的溶液，按一定流量并流加入到溶液A中；控制反应温度在50~60℃内，pH值为11，发生多元氢氧化物共沉积反应，反应完成后，陈化1~5小时，离心分离，洗涤，然后将物料在110℃下烘干，粉碎，得到Ni0.48Co0.24Mn0.28(OH)2前驱体；
（2）Ni0.01Co0.97Mn0.02(OH)2前驱体的制备
在底液中加入络合剂氨水，配置成浓度为0.4mol/L的溶液B；选用优级纯的可溶性钴盐、锰盐、镍盐为，其中Ni：Co：Mn摩尔比为0.01:0.97:0.02，配置成一定浓度的溶液，控制总金属摩尔浓度≤2mol/L，按一定流量并流加入到溶液B中；选用优级纯的氢氧化钠配置成2mol/L浓度的溶液，按一定流量并流加入到溶液B中；控制反应温度在50~60℃内，pH值为11，发生多元氢氧化物共沉积反应，反应完成后，陈化1~5小时，离心分离，洗涤，然后将物料在110℃下烘干，粉碎，得到Ni0.01Co0.97Mn0.02(OH)2前驱体；
（3）xLiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：yLiNi0.01Co0.97Mn0.02O2的制备
将步骤（1）和（2）中制得的两种前驱体按照总金属与锂盐摩尔比1:（1.03~1.1）混合均匀；在500℃烧结5~10h，然后在950℃烧结8~10h，升温速度为5℃/min；物料最后经过研磨处理，即得多元复合正极材料。
本发明的有益效果有：
（1）本发明将LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2和LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2两种正极材料经过有机复合，制备的多元复合正极材料导电性能和循环寿命好；
（2）该多元复合正极材料的成本低于LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2，可有效降低锂电池制造成本，经济价值大。
附图说明
图1为本发明Ni0.48Co0.24Mn0.28(OH)2前驱体和Ni0.01Co0.97Mn0.02(OH)2前驱体的制备工艺路线图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明作进一步的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种多元复合正极材料，化学通式为0.1LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：0.9LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2。
制备步骤如下：
（1）Ni0.48Co0.24Mn0.28(OH)2前驱体的制备
在底液中加入络合剂氨水，配置成浓度为0.4mol/L的溶液A；选用优级纯的可溶性钴盐、锰盐、镍盐，其中Ni：Co：Mn的摩尔比为0.48:0.24:0.28，配置成浓度为2mol/L溶液，按6~8ml/min的流量并流加入到溶液A中；选用优级纯的氢氧化钠配置成2mol/L浓度的溶液，按6~8ml/min的流量并流加入到溶液A中；控制反应温度在50℃内，pH值为11，发生多元氢氧化物共沉积反应，反应完成后，陈化5小时，离心分离，洗涤，然后将物料在110℃下烘干，粉碎，得到Ni0.48Co0.24Mn0.28(OH)2前驱体；
（2）Ni0.01Co0.97Mn0.02(OH)2前驱体的制备
在底液中加入络合剂氨水，配置成浓度为0.4mol/L的溶液B；选用优级纯的可溶性钴盐、锰盐、镍盐为，其中Ni：Co：Mn摩尔比为0.01:0.97:0.02，配置成浓度为2mol/L的溶液，按按6~8ml/min的流量并流加入到溶液B中；选用优级纯的氢氧化钠配置成2mol/L浓度的溶液，按6~8ml/min的流量并流加入到溶液B中；控制反应温度在50℃内，pH值为11，发生多元氢氧化物共沉积反应，反应完成后，陈化5小时，离心分离，洗涤，然后将物料在110℃下烘干，粉碎，得到Ni0.01Co0.97Mn0.02(OH)2前驱体；
（3）xLiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：yLiNi0.01Co0.97Mn0.02O2的制备
将步骤（1）和（2）中制得的两种前驱体按照总金属与锂盐摩尔比1：1.05混合均匀；在500℃烧结5h，然后在950℃烧结8h，升温速度为5℃/min；物料最后经过研磨处理，即得多元复合正极材料。
实施例2
一种多元复合正极材料，化学通式为0.2LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：0.8LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2。
制备步骤同实施例1。
实施例3
一种多元复合正极材料，化学通式为0.3LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：0.7LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2。
制备步骤同实施例1。
实施例4
一种多元复合正极材料，化学通式为0.4LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：0.6LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2。
制备步骤同实施例1。
实施例5
一种多元复合正极材料，化学通式为0.5LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：0.5LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2。
制备步骤同实施例1。
实施例6
一种多元复合正极材料，化学通式为0.6LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：0.4LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2。
制备步骤同实施例1。
实施例7
一种多元复合正极材料，化学通式为0.7LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：0.3LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2。
制备步骤同实施例1。
实施例8
一种多元复合正极材料，化学通式为0.8LiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：0.2LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2。
制备步骤同实施例1。
对上述实施例的样品进行了性能测试，测试结果见下表：
可见，实施例1～实施例8的样品在3.0～4.2V之间的0.1C和1C的放电比容量、5次循环后容量保持率等性能上略低于LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2样品，但差距不大，本发明实施例样品满足锂电池的使用要求，但价格远低于LiNi0.01Co0.97Mn0.02O2，具有较好的经济价值和应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多元复合正极材料，其特征在于，化学通式为xLiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：yLiNi0.01Co0.97Mn0.02O2，其中x+y=1。
2.一种权利要求1所述的多元复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）Ni0.48Co0.24Mn0.28(OH)2前驱体的制备
在底液中加入络合剂氨水，配置成浓度为0.4mol/L的溶液A；选用优级纯的可溶性钴盐、锰盐、镍盐，其中Ni：Co：Mn的摩尔比为0.48:0.24:0.28，配置成一定浓度的溶液，控制总金属摩尔浓度≤2mol/L，按一定流量并流加入到溶液A中；选用优级纯的氢氧化钠配置成2mol/L浓度的溶液，按一定流量并流加入到溶液A中；控制反应温度在50~60℃内，pH值为11，发生多元氢氧化物共沉积反应，反应完成后，陈化1~5小时，离心分离，洗涤，然后将物料在110℃下烘干，粉碎，得到Ni0.48Co0.24Mn0.28(OH)2前驱体；
（2）Ni0.01Co0.97Mn0.02(OH)2前驱体的制备
在底液中加入络合剂氨水，配置成浓度为0.4mol/L的溶液B；选用优级纯的可溶性钴盐、锰盐、镍盐为，其中Ni：Co：Mn摩尔比为0.01:0.97:0.02，配置成一定浓度的溶液，控制总金属摩尔浓度≤2mol/L，按一定流量并流加入到溶液B中；选用优级纯的氢氧化钠配置成2mol/L浓度的溶液，按一定流量并流加入到溶液B中；控制反应温度在50~60℃内，pH值为11，发生多元氢氧化物共沉积反应，反应完成后，陈化1~5小时，离心分离，洗涤，然后将物料在110℃下烘干，粉碎，得到Ni0.01Co0.97Mn0.02(OH)2前驱体；
（3）xLiNi0.48Co0.24Mn0.28O2：yLiNi0.01Co0.97Mn0.02O2的制备
将步骤（1）和（2）中制得的两种前驱体按照总金属与锂盐摩尔比1:（1.03~1.1）混合均匀；在500℃烧结5~10h，然后在950℃烧结8~10h，升温速度为5℃/min；物料最后经过研磨处理，即得多元复合正极材料。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102576866A (zh) * 2009-09-30 2012-07-11 索尔维公司 用于锂二次电池的正电极活性材料，其制备方法以及锂二次电池
CN102751485A (zh) * 2012-07-17 2012-10-24 中国电子科技集团公司第十八研究所 锂离子电池用复合正极材料的制备方法

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