CN108155365A - 一种锂离子电池正极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法,涉及锂离子电池正极材料技术领域。本发明锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料、粘结剂,还包括添加剂、功能性材料;本发明锂离子电池正极材料通过添加特殊的添加剂、功能性材料,不仅可以大幅缩短锂电池正极材料的制程,混料球磨时间2‑5h,混料球磨时间短,极大提升正极材料制备效率,同时还可大幅提升锂电池的性能,能量能够有效改善电极材料在充放电过程产生的体积膨胀,同时改善电池的库伦效率和循环稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域,具体涉及一种锂离子 电池正极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种能量密度高、功量密度高、寿命长的二次电池, 随着化石能源的减少和环境污染的严重,在现代社会中逐渐起着不可 替代的作用。随着3C产品的发展,要求手机、相机、笔记本等的待机 时间逐渐增长,对锂离子二次电池的能量密度要求逐渐严格。电动汽 车、智能电网等产业的快速发展,锂离子动力电池的需求量急剧上升, 新能源汽车要求单体电池的能量密度大于300Wh/kg,循环寿命大于 2000次。这就需要锂离子动力电池具有单体能量密度高,循环稳定性 好,安全性能优异等特点。正极材料是决定锂离子电池能量密度的关 键性材料。要提高锂离子电池的能量密度主要有两个途径:一个是提高材料的比容量,另外一个途径就是提高材料的充放电电压。
常见的正极材料有LiCoO2、LiNi0.8Co0.2O2、LiNil/3Col/3Mn1/302 和LiFePO4等,放电电压平台低于4V,要获得高电压,需串联多只单 体电池,导致维护不便、安全性能不好等问题,还会影响电池的功率 密度和能量密度。LiMn2O4放电电压虽有4.1V,但存在Jahn—Teller 效应,导致容量及循环稳定性都不理想。过度金属掺杂尖晶石型锰酸 锂LiMn2-xMxO4(M=Ge,Fe,Co,Zn,Ni,Cr,Cu)拥有5V左右的 高电压平台,且容量较高。其中,尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4与锰酸锂 一 样是具有三维锂离子通道的正极材料,可逆容量为146.7mAh/g,与锰 酸锂的差不多,但电压平台为4.7V左右,比锰酸锂的4V电压平台要 高出15%以上,且高温下的循环稳定性也比原有的锰酸锂有了质的提 升,被认为是一种有潜力的高能量密度锂离子电池正极材料。然而, LiNi0.5Mn1.5O4在充放电循环中,和LiMn2O4一样,可能发生的Mn 的溶解和材料颗粒的崩裂,恶化了的循环稳定性。
发明内容
针对现有技术不足,本发明提供一种锂离子电池正极材料及其制 备方法。
为实现以上目的,本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现:
一种锂离子电池正极材料,包括锰源、磷源、锂源、活性材料和 粘结剂,还包括添加剂、功能性材料,所述锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份:锰源20-30 份、磷源20-30份、锂源22-35份、活性材料20-50份、粘结剂10-17份、添加剂5-10份、功能性材料15-25份。
优选的,所述锰源、磷源、锂源、活性材料、粘结剂、添加剂、 功能性材料的用量为以下重量份:锰源23-27份、磷源23-27份、锂源 25-32份、活性材料30-40份、粘结剂12-15份、添加剂6-8份、功能 性材料18-23份。
优选的,所述活性材料为磷酸铁锂。
优选的,所述功能性材料为浓度50%的硝酸铁锂溶液。
优选的,所述添加剂为LiXMYMn1-YO2;其中0.8≤x≤1,0.7≤ y≤0.9,其中,M为Fe2+。
优选的,所述粘结剂为海藻酸钠、壳聚糖、羟甲基纤维素钠、聚 丙烯酸中的一种。
优选的,所述锰源为锰的氯化物、锰的氧化物、锰的硫酸盐、锰 的硝酸盐中的至少一种。
优选的,所述磷源为括磷酸二氢铵。
优选的,所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂。
一种锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照重量份称取各个原料;
S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀,在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料,利用湿法球磨共混2-5h,然后在氮气或氩气保 护气氛中450-500℃煅烧2-3h,煅烧结束后,冷却至室温,粉碎,即可。
本发明提供一种锂离子电池正极材料,与现有技术相比优点在于:
本发明锂离子电池正极材料通过添加特殊的添加剂、功能性材料, 不仅可以大幅缩短锂电池正极材料的制程,混料球磨时间2-5h,混料 球磨时间短,极大提升正极材料制备效率,同时还可大幅提升锂电池 的性能,能量能够有效改善电极材料在充放电过程产生的体积膨胀, 同时改善电池的库伦效率和循环稳定性;
本发明锂离子电池正极材料制备方法简单,成本低廉,克服了锂 离子电池因为保护板自放电而造成失效的缺陷,从而改善整个电池组 的自放电,实现延长锂电池存放时间的目的,保证用户使用完用电器 而不充电的情况下可以储存较长的时间。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合 本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述, 显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂,还包括添加剂、功能性材料,且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份:锰源20份、 磷源20份、锂源22份、活性材料20份、粘结剂10份、添加剂5份、 功能性材料15份;
其中,活性材料为磷酸铁锂;功能性材料为浓度50%的硝酸铁锂 溶液;
添加剂为Li0.8M0.7Mn0.3O2,其中,M为Fe2+;粘结剂为海藻酸钠; 锰源为锰的氯化物;磷源为括磷酸二氢铵;锂源为碳酸锂;
本实施例锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照重量份称取各个原料;
S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀,在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料,利用湿法球磨共混2h,然后在氮气或氩气保护 气氛中450℃煅烧2h,煅烧结束后,冷却至室温,粉碎,即可。
实施例2:
本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂,还包括添加剂、功能性材料,且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份:锰源30份、 磷源30份、锂源35份、活性材料50份、粘结剂17份、添加剂10份、 功能性材料25份;
其中,活性材料为磷酸铁锂;功能性材料为浓度50%的硝酸铁锂 溶液;添加剂为Li0.8M0.7Mn0.3O2,其中,M为Fe2+;粘结剂为壳聚糖; 锰源为锰的氧化物;磷源为括磷酸二氢铵;锂源为氢氧化锂;
本实施例锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照重量份称取各个原料;
S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀,在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料,利用湿法球磨共混5h,然后在氮气或氩气保护 气氛中500℃煅烧3h,煅烧结束后,冷却至室温,粉碎,即可。
实施例3:
本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂,还包括添加剂、功能性材料,且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份:锰源25份、 磷源25份、锂源29份、活性材料35份、粘结剂14份、添加剂8份、 功能性材料20份;
其中,活性材料为磷酸铁锂;功能性材料为浓度50%的硝酸铁锂 溶液;添加剂为Li1M0.9Mn0.1YO2;其中,M为Fe2+;粘结剂为羟甲基 纤维素钠;锰源为锰的氯化物、锰的氧化物、锰的硫酸盐混合而成; 磷源为括磷酸二氢铵;锂源为碳酸锂;
本实施例锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照重量份称取各个原料;
S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀,在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料,利用湿法球磨共混3.5h,然后在氮气或氩气保 护气氛中480℃煅烧2.5h,煅烧结束后,冷却至室温,粉碎,即可。
实施例4:
本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂,还包括添加剂、功能性材料,且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份:锰源23份、 磷源23份、锂源25份、活性材料30份、粘结剂12份、添加剂6份、 功能性材料18份;
其中,活性材料为磷酸铁锂;功能性材料为浓度50%的硝酸铁锂 溶液;添加剂为Li1M0.9Mn0.1O2;其中,M为Fe2+;粘结剂为聚丙烯酸; 锰源为锰的硫酸盐、锰的硝酸盐混合而成;磷源为括磷酸二氢铵;锂 源为碳酸锂;
本实施例锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照重量份称取各个原料;
S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀,在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料,利用湿法球磨共混3h,然后在氮气或氩气保护 气氛中460℃煅烧2.8h,煅烧结束后,冷却至室温,粉碎,即可。
实施例5:
本实施例锂离子电池正极材料包括锰源、磷源、锂源、活性材料 和粘结剂,还包括添加剂、功能性材料,且锰源、磷源、锂源、活性 材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份:锰源27份、 磷源27份、锂源32份、活性材料40份、粘结剂15份、添加剂8份、 功能性材料23份;
其中,活性材料为磷酸铁锂;功能性材料为浓度50%的硝酸铁锂 溶液;添加剂为Li0.8M0.7Mn0.3O2;其中,M为Fe2+;粘结剂为羟甲基 纤维素钠;锰源为锰的硝酸盐;磷源为括磷酸二氢铵;锂源为碳酸锂;
本实施例锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照重量份称取各个原料;
S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀,在加入活性材料、粘结剂、 添加剂及功能性材料,利用湿法球磨共混4h,然后在氮气或氩气保护 气氛中490℃煅烧2.2h,煅烧结束后,冷却至室温,粉碎,即可。
需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非 对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域 的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术 方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改 或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案 的精神和范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电池正极材料,包括锰源、磷源、锂源、活性材料和粘结剂,其特征在于,还包括添加剂、功能性材料,所述锰源、磷源、锂源、活性材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份:锰源20-30份、磷源20-30份、锂源22-35份、活性材料20-50份、粘结剂10-17份、添加剂5-10份、功能性材料15-25份。
2.根据权利要求1所述锂离子电池正极材料,其特征在于,所述锰源、磷源、锂源、活性材料、粘结剂、添加剂、功能性材料的用量为以下重量份:锰源23-27份、磷源23-27份、锂源25-32份、活性材料30-40份、粘结剂12-15份、添加剂6-8份、功能性材料18-23份。
3.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料,其特征在于:所述活性材料为磷酸铁锂。
4.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料,其特征在于:所述功能性材料为浓度50%的硝酸铁锂溶液。
5.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料,其特征在于:所述添加剂为LiXMYMn1- YO2;其中0.8≤x≤1,0.7≤y≤0.9,其中,M为Fe2+。
6.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料,其特征在于:所述粘结剂为海藻酸钠、壳聚糖、羟甲基纤维素钠、聚丙烯酸中的一种。
7.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料,其特征在于:所述锰源为锰的氯化物、锰的氧化物、锰的硫酸盐、锰的硝酸盐中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料,其特征在于:所述磷源为括磷酸二氢铵。
9.根据权利要求1或2所述锂离子电池正极材料,其特征在于:所述锂源为碳酸锂或氢氧化锂。
10.一种如权利要求1-9任一所述锂离子电池正极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、按照重量份称取各个原料;
S2、将锰源、磷源、锂源混合均匀,在加入活性材料、粘结剂、添加剂及功能性材料,利用湿法球磨共混2-5h,然后在氮气或氩气保护气氛中450-500℃煅烧2-3h,煅烧结束后,冷却至室温,粉碎,即可。
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