CN107302090A - 一种正极材料及包括该正极材料的正极片 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种正极材料及包括该正极材料的正极片；该正极材料的化学式为：Li4Ni5‑ 3XCo2XYXO8(0＜X＜0.5)；具有锂离子电池正极材料结构稳定性好、可以提高固溶体材料的烧结密度和强度、减少生产中辊压时对材料晶型的破坏、减少材料容量损失和提高锂离子电池循环稳定性的优点。

Description

一种正极材料及包括该正极材料的正极片
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种正极材料及包括该正极材料的正极片。
背景技术
锂离子电池具有输出电压高，比能量高，放电电压平稳，循环寿命长的特点。所以锂离子电池已经广泛应用于笔记本电脑，数码相机，手机领域。并越来越多的在动力领域、储能领域得到了应用。动力领域和储能领域不同于数码领域单个用电器能量在几瓦时至几十瓦时，它们往往需要几十千瓦时，甚至更高能量，单台成本较高，因此对电池的循环寿命也提出了越来越高的要求。
其中锂离子电池正极材料层状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为一种新型的锂离子电池正极材料，其理论容量达278mAh/g。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有a-NaFeO2型层状结构，Ni为+2价，co为+3价，Mn为+4价，少量的Ni3+和Mn3+。充电时，Mn4+不变价，Ni2+变为Ni4+，Co3+变为Co4+。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，集中了LiCoO2，LiNiO2，LiMnO2三种材料各自的优点，但是由于三元材料在合成过程中存在Mn3+的影响，充放电过程中产生Jahn-Teller效应，造成锰的溶解和电解液分解。从而造成电池容量过低、循环性能差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种锂离子电池正极材料结构稳定性好、可以提高固溶体材料的烧结密度和强度、减少生产中辊压时对材料晶型的破坏、减少材料容量损失和提高循环稳定性的一种正极材料及包括该正极材料的正极片。
本发明的目的之一是这样实现的：该正极材料的化学式为：Li4Ni5-3XCo2XYXO8(0＜X＜0.5)。该正极材料由下列原料制成：镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液、氨水和强碱；所述的镍盐水溶液选自硫酸镍水溶液、硝酸镍水溶液、氯化镍水溶液或醋酸镍水溶液之一；钴盐水溶液选自硫酸钴水溶液、硝酸钴水溶液、氯化钴水溶液或醋酸钴水溶液之一；钇盐水溶液选自硫酸钇水溶液、硝酸钇水溶液、氯化钇水溶液或醋酸钇水溶液之一；镍盐水溶液中的镍、钴盐水溶液中的钴与钇盐水溶液中的钇的摩尔比为5-3x∶2x∶x，所述的X大于0，且小于0.5；所述的强碱选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化锂溶液中的一种或几种；
该正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液混合均匀后，制成混合溶液；
步骤二：将步骤一中所述的混合溶液放置在反应容器内，加入氨水和强碱的混合液，使反应液进行共沉淀反应；所述的反应液的pH值为11～12；
步骤三：对步骤二中共沉淀反应结束后的沉淀物进行洗涤烘干，烘干后的沉淀物中加入锂盐在球磨机内高速混合；所述的高速混合的转速200～1000rpm，球料比为3∶1～10∶1，球磨时间8～30h；
步骤四：步骤三中球磨机内高速混合后的混合物经高温焙烧24小时，静置室温后经粉碎过筛，制成正极材料；所述的高温焙烧的温度为800～1100℃，所述粉碎过筛的筛网为100～400目。
本发明的目的之二是这样实现的：一种正极片，包括铝箔、涂覆在铝箔表面的正极浆料，该正极浆料中含有为本申请提供的正极材料。
本发明具有锂离子电池正极材料结构稳定性好、可以提高固溶体材料的烧结密度和强度、减少生产中辊压时对材料晶型的破坏、减少材料容量损失和提高锂离子电池循环稳定性的优点。
具体实施方式
本发明为一种正极材料及包括该正极材料的正极片，正极材料的化学式为：Li4Ni5-3XCo2XYXO8(0＜X＜0.5)；该正极材料由下列原料制成：镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液、氨水和强碱；所述的镍盐水溶液选自硫酸镍水溶液、硝酸镍水溶液、氯化镍水溶液或醋酸镍水溶液之一；钴盐水溶液选自硫酸钴水溶液、硝酸钴水溶液、氯化钴水溶液或醋酸钴水溶液之一；钇盐水溶液选自硫酸钇水溶液、硝酸钇水溶液、氯化钇水溶液或醋酸钇水溶液之一；镍盐水溶液中的镍、钴盐水溶液中的钴与钇盐水溶液中的钇的摩尔比为5-3x∶2x∶x，所述的X大于0，且小于0.5；所述的强碱选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化锂溶液中的一种或几种；
该正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液混合均匀后，制成混合溶液；
步骤二：将步骤一中所述的混合溶液放置在反应容器内，加入氨水和强碱的混合液，使反应液进行共沉淀反应；所述的反应液的pH值为11～12；
步骤三：对步骤二中共沉淀反应结束后的沉淀物进行洗涤烘干，烘干后的沉淀物中加入锂盐在球磨机内高速混合；所述的高速混合的转速200～1000rpm，球料比为3∶1～10∶1，球磨时间8～30h；
步骤四：步骤三中球磨机内高速混合后的混合物经高温焙烧24小时，静置室温后经粉碎过筛，制成正极材料；所述的高温焙烧的温度为800～1100℃，所述粉碎过筛的筛网为100～400目。
本发明还提供了一种正极片，包括铝箔、涂覆在铝箔表面的正极浆料，该正极浆料中含有为本申请提供的正极材料。
为了更加详细的解释本发明，现结合实施例对本发明做进一步阐释。具体实施例如下：
实施例一
一种正极材料，正极材料的化学式为：Li4Ni4.7Co0.2Y0.1O8，X＝0.1；该正极材料由下列原料制成：镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液、氨水和强碱；所述的镍盐水溶液为硫酸镍水溶液；钴盐水溶液为硫酸钴水溶液；钇盐水溶液为硫酸钇水溶液；镍盐水溶液中的镍、钴盐水溶液中的钴与钇盐水溶液中的钇的摩尔比为5-3x∶2x∶x，所述的X等于0.1；所述的强碱为氢氧化钾溶液；
该正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液混合均匀后，制成混合溶液；
步骤二：将步骤一中所述的混合溶液放置在反应容器内，加入氨水和强碱的混合液，使反应液进行共沉淀反应；所述的反应液的pH值为11～12；
步骤三：对步骤二中共沉淀反应结束后的沉淀物进行洗涤烘干，烘干后的沉淀物中加入锂盐在球磨机内高速混合；所述的高速混合的转速200～1000rpm，球料比为3∶1，球磨时间8h；
步骤四：步骤三中球磨机内高速混合后的混合物经高温焙烧24小时，静置室温后经粉碎过筛，制成正极材料；所述的高温焙烧的温度为800～1100℃，所述粉碎过筛的筛网为100～400目。
本发明还提供了一种正极片，包括铝箔、涂覆在铝箔表面的正极浆料，该正极浆料中含有为本申请提供的正极材料。
实施例二
一种正极材料，正极材料的化学式为：Li4Ni3.8Co0.8Y0.4O8，X＝0.4；该正极材料由下列原料制成：镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液、氨水和强碱；所述的镍盐水溶液为硝酸镍水溶液；钴盐水溶液为硝酸钴水溶液；钇盐水溶液为硝酸钇水溶液；镍盐水溶液中的镍、钴盐水溶液中的钴与钇盐水溶液中的钇的摩尔比为5-3x∶2x∶x，所述的X等于0.4；所述的强碱为氢氧化钠溶液；
该正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液混合均匀后，制成混合溶液；
步骤二：将步骤一中所述的混合溶液放置在反应容器内，加入氨水和强碱的混合液，使反应液进行共沉淀反应；所述的反应液的pH值为11～12；
步骤三：对步骤二中共沉淀反应结束后的沉淀物进行洗涤烘干，烘干后的沉淀物中加入锂盐在球磨机内高速混合；所述的高速混合的转速200～1000rpm，球料比为10∶1，球磨时间30h；
步骤四：步骤三中球磨机内高速混合后的混合物经高温焙烧24小时，静置室温后经粉碎过筛，制成正极材料；所述的高温焙烧的温度为800～1100℃，所述粉碎过筛的筛网为100～400目。
本发明还提供了一种正极片，包括铝箔、涂覆在铝箔表面的正极浆料，该正极浆料中含有为本申请提供的正极材料。
实施例三
一种正极材料，正极材料的化学式为：Li4Ni4.25Co0.5Y0.25O8，X＝0.25；该正极材料由下列原料制成：镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液、氨水和强碱；所述的镍盐水溶液为氯化镍水溶液；钴盐水溶液为氯化钴水溶液；钇盐水溶液为氯化钇水溶液；镍盐水溶液中的镍、钴盐水溶液中的钴与钇盐水溶液中的钇的摩尔比为5-3x∶2x∶x，所述的X等于0.25；所述的强碱为氢氧化锂溶液；
该正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液混合均匀后，制成混合溶液；
步骤二：将步骤一中所述的混合溶液放置在反应容器内，加入氨水和强碱的混合液，使反应液进行共沉淀反应；所述的反应液的pH值为11～12；
步骤三：对步骤二中共沉淀反应结束后的沉淀物进行洗涤烘干，烘干后的沉淀物中加入锂盐在球磨机内高速混合；所述的高速混合的转速200～1000rpm，球料比为6.5∶1，球磨时间19h；
步骤四：步骤三中球磨机内高速混合后的混合物经高温焙烧24小时，静置室温后经粉碎过筛，制成正极材料；所述的高温焙烧的温度为800～1100℃，所述粉碎过筛的筛网为100～400目。
本发明还提供了一种正极片，包括铝箔、涂覆在铝箔表面的正极浆料，该正极浆料中含有为本申请提供的正极材料。
实施例四
一种正极材料，正极材料的化学式为：Li4Ni3.53Co0.98Y0.49O8，X＝0.49；该正极材料由下列原料制成：镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液、氨水和强碱；所述的镍盐水溶液为醋酸镍水溶液；钴盐水溶液为醋酸钴水溶液；钇盐水溶液为醋酸钇水溶液；镍盐水溶液中的镍、钴盐水溶液中的钴与钇盐水溶液中的钇的摩尔比为5-3x∶2x∶x，所述的X等于0.49；所述的强碱为氢氧化钠溶液和氢氧化锂溶液；
该正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液混合均匀后，制成混合溶液；
步骤二：将步骤一中所述的混合溶液放置在反应容器内，加入氨水和强碱的混合液，使反应液进行共沉淀反应；所述的反应液的pH值为11～12；
步骤三：对步骤二中共沉淀反应结束后的沉淀物进行洗涤烘干，烘干后的沉淀物中加入锂盐在球磨机内高速混合；所述的高速混合的转速200～1000rpm，球料比为8∶1，球磨时间25h；
步骤四：步骤三中球磨机内高速混合后的混合物经高温焙烧24小时，静置室温后经粉碎过筛，制成正极材料；所述的高温焙烧的温度为800～1100℃，所述粉碎过筛的筛网为100～400目。
本发明还提供了一种正极片，包括铝箔、涂覆在铝箔表面的正极浆料，该正极浆料中含有为本申请提供的正极材料。
对比例1
与实施例1相比，采用不含Y3+的正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，其他采用和实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，采用不含Y3+的正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，另外，正极片辊压厚度为120μm，其余与实施例1相同。
测试方法：
容量：标准大气压，环境温度25℃±2℃，相对湿度为45％～80％的条件下，以0.2C5A电流充电，当电池端电压达到充电限制电压4.5V时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5A后停止充电，搁置10min后，以0.2C5A电流放电，直至电池端电压为3.0V，并记录电池的放电容量。
循环：按上述充放电方法重复测试电池容量100次，并计算第100次放电容量与第1次放电容量值得比。
从上述测试数据实施例1、实施例2、实施例3、实施例4与对比例1比较可以看出，本发明正极材料放电容量大于比较例电池放电容量。
从实施例5和对比例2对比可以看出，正极材料辊压厚度130μm降到120μm，对电池容量影响不大，而对比例2和对比例1对比，同样将辊压厚度从130μm降到120μm，电池容量下降明显，说明本发明正极材料结构更稳定。从循环数据也可以看出本发明正极材料循环性能优于对比例，说明镍钴钇的在材料晶体中的三元协同效应优于镍钴锰。
上文的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种正极材料，其特征在于：该正极材料的化学式为：Li4Ni5-3XCo2XYXO8(0＜X＜0.5)。
2.根据权利要求1所述的一种正极材料，其特征在于：该正极材料由下列原料制成：镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液、氨水和强碱；所述的镍盐水溶液选自硫酸镍水溶液、硝酸镍水溶液、氯化镍水溶液或醋酸镍水溶液之一；钴盐水溶液选自硫酸钴水溶液、硝酸钴水溶液、氯化钴水溶液或醋酸钴水溶液之一；钇盐水溶液选自硫酸钇水溶液、硝酸钇水溶液、氯化钇水溶液或醋酸钇水溶液之一；镍盐水溶液中的镍、钴盐水溶液中的钴与钇盐水溶液中的钇的摩尔比为5-3x∶2x∶x，所述的X大于0，且小于0.5；所述的强碱选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化锂溶液中的一种或几种；
该正极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将镍盐水溶液、钴盐水溶液、钇盐水溶液混合均匀后，制成混合溶液；
步骤二：将步骤一中所述的混合溶液放置在反应容器内，加入氨水和强碱的混合液，使反应液进行共沉淀反应；所述的反应液的pH值为11～12；
步骤三：对步骤二中共沉淀反应结束后的沉淀物进行洗涤烘干，烘干后的沉淀物中加入锂盐在球磨机内高速混合；所述的高速混合的转速200～1000rpm，球料比为3∶1～10∶1，球磨时间8～30h；
步骤四：步骤三中球磨机内高速混合后的混合物经高温焙烧24小时，静置室温后经粉碎过筛，制成正极材料；所述的高温焙烧的温度为800～1100℃，所述粉碎过筛的筛网为100～400目。
3.一种正极片，其特征在于，包括铝箔、涂覆在铝箔表面的正极浆料，该正极浆料中含有权利要求1中所述的正极材料。
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