CN109148881A - 一种锂离子电池正极材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种锂离子电池正极材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种锂离子电池正极活性材料，化学式为LiMnxNiyCozPO4，0〈x〈0.15，0〈y〈0.1，0.85〈z〈1。本发明还公开一种通过溶胶‑凝胶法制备该锂离子电池正极活性材料的方法，包括：1）按化学计量比将Li2CO3、Mn(COO)2、CoCl2、NiNO3和(NH4)2HPO4混合后加水溶解；2）将步骤1）得到的混合溶液加热至呈凝胶状；3）将步骤2）制得的产物在氧化气氛中550~700oC焙烧8~10小时，冷却至室温后研磨。本发明合成的掺杂有Mn、Ni离子的LiCoPO4正极材料，具有与纯相LiCoPO4同样的橄榄石结构，颗粒分布均匀，导电性能和充放电比容量高。

Description

一种锂离子电池正极材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种电极材料，特别是一种锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。
背景技术
LiCoPO4晶体为正交晶系晶体，具有有序橄榄石结构。LiCoPO4的理论电容量为167mAh/g，相对于Li电极电势为4.8V，有希望成为高容量、高电压的锂离子电池正极材料。目前LiCoPO4主要采用固相法合成，该方法步骤繁琐。另外，LiCoPO4导电性能较差，目前改善其导电性能的方法主要包括掺杂金属离子和掺杂导电碳材料。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种导电性能好，充放电比容量高的橄榄石结构的锂离子电池正极材料。
技术方案：本发明提供一种锂离子电池正极活性材料，该锂离子电池正极活性材料化学式为LiMnxNiyCozPO4，0〈x〈0.15，0〈y〈0.1，0.85〈z〈1。
优选地，该锂离子电池正极活性材料化学式为LiMn0.1Ni0.03Co0.87PO4。
本发明另一方面提供一种制备上述锂离子电池正极活性材料的方法，该方法包括以下步骤：
1）按化学计量比将Li2CO3、Mn(COO)2、CoCl2、NiNO3和(NH4)2HPO4混合后加水溶解并混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合溶液加热至呈凝胶状，烘干；
3）将步骤2）制得的产物在空气或氧气气氛中550~700oC焙烧8~10小时，冷却至室温后研磨，即得锂离子电池正极活性材料。
本发明又一方面提供一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜及电解液，正极包含上述锂离子电池正极活性材料。
有益效果：本发明通过溶胶-凝胶法，合成了掺杂有Mn、Ni离子的LiCoPO4正极材料，该正极材料具有与纯相LiCoPO4同样的橄榄石结构，颗粒分布均匀，导电性能和充放电比容量高。
具体实施方式
实施例1
一种锂离子电池正极活性材料，其化学式为LiMn0.1Ni0.03Co0.87PO4。该锂离子电池正极活性材料的制备方法如下：
（1）按化学计量比将Li2CO3、Mn(COO)2、CoCl2、NiNO3和(NH4)2HPO4混合后加水溶解并混合均匀；
（2）将步骤1）得到的混合溶液加热至呈凝胶状，烘干；
（3）将步骤2）制得的产物在空气或氧气气氛中550~700oC焙烧8~10小时，冷却至室温后研磨，即得LiMn0.1Ni0.03Co0.87PO4锂离子电池正极活性材料。
实施例2
一种锂离子电池正极活性材料，其化学式为LiMn0.08Ni0.06Co0.86PO4。该锂离子电池正极活性材料的制备方法如下：
（1）按化学计量比将Li2CO3、Mn(COO)2、CoCl2、NiNO3和(NH4)2HPO4混合后加水溶解并混合均匀；
（2）将步骤1）得到的混合溶液加热至呈凝胶状，烘干；
（3）将步骤2）制得的产物在空气或氧气气氛中550~700oC焙烧8~10小时，冷却至室温后研磨，即得LiMn0.08Ni0.06Co0.86PO4锂离子电池正极活性材料。
实施例3
电化学性能测试：
按照85：10：5的比例分别称取实施例1或2制得的正极活性材料、碳黑和聚偏氟乙烯，混合均匀后压片，制备锂离子电池正极；使用锂片作为负极，多孔聚丙烯隔膜作为电池隔膜，1mol/L的LiPF6/EMC+DMC(1:1)作为电解液，在充满速氩气的手套箱中组装成电池。测试组装成的电池的导电率、首次充放电曲线和循环伏安曲线，结果显示，本发明制得的锂离子电池正极活性材料具有较好的电化学性能，首次放电比容量为152mAh/g，比未掺杂的LiCoPO4首次放电比容量增加了近50%，循环伏安曲线表明掺杂后的正极材料具有较好的嵌入-脱嵌锂可逆性。

Claims (4)

1.一种锂离子电池正极活性材料，其特征在于，该锂离子电池正极活性材料化学式为LiMnxNiyCozPO4，0〈x〈0.15，0〈y〈0.1，0.85〈z〈1。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极活性材料，其特征在于，该锂离子电池正极活性材料化学式为LiMn0.1Ni0.03Co0.87PO4。
3.一种制备权利要求1或2所述的锂离子电池正极活性材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）按化学计量比将Li2CO3、Mn(COO)2、CoCl2、NiNO3和(NH4)2HPO4混合后加水溶解并混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合溶液加热至呈凝胶状，烘干；
3）将步骤2）制得的产物在空气或氧气气氛中550~700oC焙烧8~10小时，冷却至室温后研磨，即得锂离子电池正极活性材料。
4.一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜及电解液，其特征在于，所述正极包含权利要求1或2所述的锂离子电池正极活性材料。
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