專利名稱：一種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是ー種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料及其制備。
背景技術(shù)：
鋰電池自1991年sony公司首次商品化以來，在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等3C產(chǎn)品中受到廣泛應(yīng)用，在人們的日常生活中發(fā)揮著重要的作用。由于具有高功率密度、高能量密度、高循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)，鋰電池也已經(jīng)成為目前比較公認(rèn)的電動(dòng)汽車的首選電池。隨著國際不可再生能源儲(chǔ)量的不斷減少和環(huán)境污染的日益加深，電動(dòng)汽車用電池尤其的是鋰電池的研究備受關(guān)注。就目前情況來看，鋰電池正極材料的研究與負(fù)極相比相對(duì)滯后，無論是理論上還是在實(shí)際應(yīng)用中，所采用的正極材料的容量都低于負(fù)極材料，而電動(dòng)汽車 所需的動(dòng)力電池既需要功率密度，也需要能量密度，因此研究開發(fā)出高性能的鋰電池正極材料已經(jīng)成為動(dòng)カ電池發(fā)展的關(guān)鍵所在。其中，最早商品化的鈷酸鋰生產(chǎn)エ藝最成熟，循環(huán)壽命好，但是其充電后形成的4價(jià)鈷強(qiáng)氧化性，存在安全隱患，而且鈷酸鋰的實(shí)際容量只有148mA/g，相對(duì)于動(dòng)力電池的需求偏低。并且鈷資源匱乏，價(jià)格昂貴且具有毒性。近年來以Ni、Co、Mn為基礎(chǔ)的三元材料和以LiMn2O4為代表的尖晶石形材料得到了廣泛的研究，但由于其各自存在缺陷，制約了他們的發(fā)展。最近，主要由Li2MnO3與層狀材料LiMO2(M=Mn, Ni, Co等其中的ー種或幾種)形成的固溶體作為鋰電池富鋰層狀正極材料具有理論容量高、工作電壓高、成本低、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代的高能量密度的鋰電池正極材料。但是已經(jīng)報(bào)道的富鋰材料循環(huán)性能差，倍率性能不理想，限制了其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問題，提供一種能量密度大、倍率性能佳、成本低、安全性好且使用壽命長的高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料及其制備。本發(fā)明的技術(shù)方案ー種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料，結(jié)構(gòu)為在粉末狀富鋰層狀晶體材料的顆粒表面包覆ー層LiNbO3，其中粉末狀富鋰層狀晶體材料的化學(xué)式為XLi2MnO3 · (1-χ)Li NimConMn1^nO2,式中0. 2 ^ x ^ O. 9、0· I ^ m〈l、0 く η く O. 5。所述LiNbO3的質(zhì)量占材料總質(zhì)量的1_10%。所述包覆層LiNbO3的厚度小于I μ m。一種所述高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料的制備方法，步驟如下(一)富鋰層狀[χΜη· α-χ) NiniConMn1-J
2 前驅(qū)體的制備I)以摩爾比 Ni :Co:Mn=(l-x)m: (1-χ)η: [ (1-χ) (l-m-η) +χ]的比例配制鎳鈷猛硫酸鹽溶液，其中O. 2彡χ彡O. 9,0. I彡m〈l、0彡η彡O. 5 ;0〈m+n〈l ；2)以lL/h的速度向反應(yīng)釜中勻速加入配制好的上述鹽溶液，通過濃度為2-10M的氫氧化鈉溶液在PH值為10-12的條件下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)得到前驅(qū)體固液混合物；3)在所有鹽溶液完全注入反應(yīng)釜后停止反應(yīng)，固液混合物通過離心過濾分離，用去離子水洗漆至中性后，在80-200で下烘干4-10h,得到分子式為[χΜη · (I-X)NimConMn1^mJ
2，式中 O. 2 彡 χ 彡 O. 9,0. I 彡 m〈l、0 彡 η 彡 O. 5、0〈m+n〈l 的前驅(qū)體；(ニ)高溫固相法制備富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)XLi2MnO3 · (l-χ) Li NimConMn1^nO2顆粒I)將上述前驅(qū)體與碳酸鋰粉末按摩爾比I :1_2混合均勻；2)將上述混合物置于馬弗爐中進(jìn)行多段焙燒，焙燒溫度為300-1200°C，焙燒時(shí)間8-30h，然后經(jīng)冷卻、破碎、過篩得到待包覆的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒XLi2MnO3 · (l-x)Li NLConMn^nO2，式中 O. 2 彡 χ 彡 O. 9,0. I 彡 m〈l、0 彡 η 彡 O. 5、0〈m+n〈l ；(三)用LiNbO3 包覆 XLi2MnO3 · (l-χ) LiNimConMn1^nO2 顆粒 I)將上述焙燒得到的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒和こ醇按質(zhì)量比為1:5-20放入攪拌器中以每分鐘50-500轉(zhuǎn)的攪拌速度使粉體顆粒懸??；2)稱取一定量的こ醇鈮倒入攪拌器中，こ醇鈮的用量是以最后LiNbO3所占產(chǎn)物總質(zhì)量所需要的比例來計(jì)算確定，こ醇鈮在旋轉(zhuǎn)的こ醇中均勻水解于富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒表面；3)稱取與こ醇鈮相同化學(xué)計(jì)量比的碳酸鋰加入攪拌器中，使其分散均勻；4)在攪拌的過程中加熱至80°C，攪拌至こ醇完全揮發(fā)后將其置于烘箱中100°C干燥5個(gè)小時(shí)，得到塊狀物；5)將上述塊狀物置于馬弗爐中在500-800°C溫度下焙燒10小時(shí)即可得到LiNbO3包覆的XLi2MnO3 · (I-X)LiNimConMn1^nO2顆粒的高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該鋰電池正極材料與傳統(tǒng)的鋰電池正極材料相比有以下優(yōu)點(diǎn)I)比容量高，最高比容量能達(dá)到280mAh/g ;2)經(jīng)過LiNbO3包覆的富鋰層狀結(jié)構(gòu)材料與未包覆之前相比表現(xiàn)出更高的充放電比容量和循環(huán)壽命；3)在高電壓大電流密度下具有更加優(yōu)良的電化學(xué)性能。


圖I為實(shí)施例I富鋰層狀晶體顆粒包覆前后的XRD圖。圖2為實(shí)施例I富鋰層狀晶體顆粒包覆前后的掃描電鏡照片。圖3為實(shí)施例I富鋰層狀晶體顆粒包覆前后的300次IC循環(huán)曲線圖。圖4為實(shí)施例I富鋰層狀晶體顆粒包覆前后的首次充放電曲線圖。圖5為實(shí)施例5富鋰層狀晶體顆粒包覆前后在大電流充放電條件下的首次充放電曲線圖。圖6為實(shí)施例6富鋰層狀晶體顆粒包覆前后的20次O. IC循環(huán)曲線圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :ー種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料的制備方法I)未包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l_x)LiNimCOnMrVmC^ 顆粒的制備用2767g硫酸鎳、2924g硫酸鈷、7044g硫酸錳配制濃度為2· 5M的鹽溶液25し將配制好的溶液以lL/h的速度注入轉(zhuǎn)速為200rps的反應(yīng)釜中，同時(shí)注入IOM的NaOH溶液，注意調(diào)節(jié)堿溶液流速，保持PH值在10-11之間，至鹽溶液完全注入反應(yīng)釜中，前驅(qū)體制備反應(yīng)完成。將反應(yīng)完成后的固液混合物通過離心分離，洗滌至中性后在120°C下烘干6h。將烘干后的前驅(qū)體與碳酸鋰按摩爾比I: I. 5混合均勻后在馬弗爐中950°C焙燒16h，焙燒后的材料經(jīng)過破碎過篩得到均一的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料O. 5Li2Mn03 ·0. 5LiNi1/3Co
!Z3Mn1Z3O2。2)包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l-χ)LiNimConMn1^nO2 顆粒的制備將上述制得的球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料取出9. 6克與適量こ醇置于攪拌器中快速攪拌中使其懸浮。稱取O. 8609克こ醇鈮倒入攪拌器中，こ醇鈮在高速旋轉(zhuǎn)的こ醇中均勻降解于球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒表面。再稱取O. I克碳酸鋰加入攪 拌器中，使其分散均勻。在攪拌的過程中對(duì)整個(gè)體系加熱至80で，攪拌至こ醇完全揮發(fā)后將其置于烘箱中100°C干燥5個(gè)小時(shí)，得到塊狀物體。將上面的混合塊狀物置于馬弗爐中700°C焙燒10小時(shí)即可得到LiNbO3包覆來增加O. 5Li2Mn03 · O. 5LiNi1/3Co1/3Mn1/302顆粒產(chǎn)物。最終LiNbO3的質(zhì)量占總產(chǎn)物的4%，包覆層LiNbO3的厚度為20-100nm。將包覆前后兩種材料分別制成2032扣式電池，在2. 0-4. 8V O. IC首次放電比容量分別為265mAh/g和261mAh/g，如圖3所示，2. 0-4. 8V IC 300次循環(huán)后容量保持率分別為37. 7%和53. 6%，如見圖4所示；在55°C高溫下2. 0-4. 8V IC循環(huán)50次后容量保持率分別為 79% 和 88%ο實(shí)施例2 ー種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料的制備方法I)未包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l_x)LiNimCOnMrVm-nC^ 顆粒的制備用2767g硫酸鎳、2924g硫酸鈷、7044g硫酸錳配制濃度為2· 5M的鹽溶液25し將配制好的溶液以lL/h的速度注入轉(zhuǎn)速為200rps的反應(yīng)釜中，同時(shí)注入IOM的NaOH溶液，注意調(diào)節(jié)堿溶液流速，保持PH值在10-11之間，至鹽溶液完全注入反應(yīng)釜中，前驅(qū)體制備反應(yīng)完成。將反應(yīng)完成后的固液混合物通過離心分離，洗滌至中性后在120°C下烘干6h。將烘干后的前驅(qū)體與碳酸鋰按摩爾比I: I. 5混合均勻后在馬弗爐中950°C焙燒16h，焙燒后的材料經(jīng)過破碎過篩得到均一的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料O. 5Li2Mn03 ·0. 5LiNi1/3Co
!Z3Mn1Z3O2。2)包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l-χ)LiNimConMn1^nO2 顆粒的制備將上述制得的球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料取出9. 2克與適量こ醇置于攪拌器中快速攪拌中使其懸浮。稱取I. 7219克こ醇鈮倒入攪拌器中，こ醇鈮在高速旋轉(zhuǎn)的こ醇中均勻降解于球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒表面。再稱取O. 2克碳酸鋰加入攪拌器中，使其分散均勻。在攪拌的過程中對(duì)整個(gè)體系加熱至80で，攪拌至こ醇完全揮發(fā)后將其置于烘箱中100°C干燥5個(gè)小時(shí)，得到塊狀物體。將上面的混合塊狀物置于馬弗爐中700°C焙燒10小時(shí)即可得到LiNbO3包覆來增加O. 5Li2Mn03 · O. 5LiNi1/3Co1/3Mn1/302顆粒產(chǎn)物。最終LiNbO3的質(zhì)量占總產(chǎn)物的8%，包覆層LiNbO3的厚度為30-150nm。將包覆前后兩種材料分別制成2032扣式電池，在2. 0-4. 8V O. IC首次放電比容量分別為262. 3mAh/g和243. 2mAh/g ；2. 0-4. 8V IC 100次循環(huán)后容量保持率分別為77%和89% ;在55°C高溫下2. 0-4. 8V IC循環(huán)50次后容量保持率分別為79%和90%。
實(shí)施例3 —種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料的制備方法I)未包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l_x)LiNimCOnMrVm-nC^ 顆粒的制備用2767g硫酸鎳、2924g硫酸鈷、7044g硫酸錳配制濃度為2· 5M的鹽溶液25し將配制好的溶液以lL/h的速度注入轉(zhuǎn)速為200rps的反應(yīng)釜中，同時(shí)注入IOM的NaOH溶液，注意調(diào)節(jié)堿溶液流速，保持PH值在10-11之間，至鹽溶液完全注入反應(yīng)釜中，前驅(qū)體制備反應(yīng)完成。將反應(yīng)完成后的固液混合物通過離心分離，洗滌至中性后在120°C下烘干6h。將烘干后的前驅(qū)體與碳酸鋰按摩爾比I: I. 5混合均勻后在馬弗爐中950°C焙燒16h，焙燒后的材料經(jīng)過破碎過篩得到均一的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料O. 5Li2Mn03 ·0. 5LiNi1/3Co
!Z3Mn1Z3O2。2)包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l-χ)LiNimConMn1^nO2 顆粒的制備將上述制得的球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料取出9. 6克與適量こ醇置于攪拌器中快速攪拌中使其懸浮。稱取O. 4305克こ醇鈮倒入攪拌器中，こ醇鈮在高速旋轉(zhuǎn)的こ醇中均勻降解于球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒表面。再稱取O. 05克碳酸鋰加入攪拌器中，使其分散均勻。在攪拌的過程中對(duì)整個(gè)體系加熱至80で，攪拌至こ醇完全揮發(fā)后將其置于烘箱中100°C干燥5個(gè)小時(shí)，得到塊狀物體。將上面的混合塊狀物置于馬弗爐中700°C焙燒10小時(shí)即可得到LiNbO3包覆來增加O. 5Li2Mn03 · O. 5LiNi1/3Co1/3Mn1/302顆粒產(chǎn)物。最終LiNbO3的質(zhì)量占總產(chǎn)物的2%，包覆層LiNbO3的厚度為150-80nm。將包覆前后兩種材料分別制成2032扣式電池，在2. 0-4. 8V O. IC首次放電比容量分別為262. 3mAh/g和257. 6mAh/g ；2. 0-4. 8V IC 100次循環(huán)后容量保持率分別為77%和83% ;在55°C高溫下2. 0-4. 8V IC循環(huán)50次后容量保持率分別為79%和85%。實(shí)施例4 ー種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料的制備方法I)未包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l_x)LiNimCOnMrVm-nC^ 顆粒的制備用3873g硫酸鎳、4192g硫酸鈷、5635g硫酸錳配制濃度為2. 5M的鹽溶液25し將配制好的溶液以lL/h的速度注入轉(zhuǎn)速為200rps的反應(yīng)釜中，同時(shí)注入IOM的NaOH溶液，注意調(diào)節(jié)堿溶液流速，保持PH值在10-11之間，至鹽溶液完全注入反應(yīng)釜中，前驅(qū)體制備反應(yīng)完成。將反應(yīng)完成后的固液混合物通過離心分離，洗滌至中性后在120°C下烘干6h。將烘干后的前驅(qū)體與碳酸鋰按摩爾比1:1. 3混合均勻后在馬弗爐中950°C焙燒16h，焙燒后的材料經(jīng)過破碎過篩得到均一的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料O. 3Li2Mn03 ·0. 7LiNi1/3Co
!Z3Mn1Z3O2。2)包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l_x) LiNimCOnMrVmC^ 顆粒的制備將上述制得的球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料取出9. 6克與適量こ醇置于攪拌器中快速攪拌中使其懸浮。稱取O. 8609克こ醇鈮倒入攪拌器中，こ醇鈮在高速旋轉(zhuǎn)的こ醇中均勻降解于球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒表面。再稱取O. I克碳酸鋰加入攪拌器中，使其分散均勻。在攪拌的過程中對(duì)整個(gè)體系加熱至80で，攪拌至こ醇完全揮發(fā)后將其置于烘箱中100°C干燥5個(gè)小時(shí)，得到塊狀物體。將上面的混合塊狀物置于馬弗爐中700°C焙燒10小時(shí)即可得到LiNbO3包覆來增加O. 3Li2Mn03 · O. 7LiNi1/3Co1/3Mn1/302顆粒產(chǎn)物。最終LiNbO3的質(zhì)量占總產(chǎn)物的4%，包覆層LiNbO3的厚度為20-100nm。
將包覆前后兩種材料分別制成2032扣式電池，在2. 0-4. 8V O. IC首次放電比容量分別為285. 7mAh/g和271. 9mAh/g ；2. 0-4. 8V IC 100次循環(huán)后容量保持率分別為73%和86% ;在55°C高溫下2. 0-4. 8V IC循環(huán)50次后容量保持率分別為75%和84%。實(shí)施例5 ー種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料的制備方法I)未包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l_x)LiNimCOnMrVm-nC^ 顆粒的制備用1660g硫酸鎳、1797g硫酸鈷、8452g硫酸錳配制濃度為2· 5M的鹽溶液25し將配制好的溶液以lL/h的速度注入轉(zhuǎn)速為200rps的反應(yīng)釜中，同時(shí)注入IOM的NaOH溶液，注意調(diào)節(jié)堿溶液流速，保持PH值在10-11之間，至鹽溶液完全注入反應(yīng)釜中，前驅(qū)體制備反應(yīng)完成。將反應(yīng)完成后的固液混合物通過離心分離，洗滌至中性后在120°C下烘干6h。將烘干后的前驅(qū)體與碳酸鋰按摩爾比I: I. 7混合均勻后在馬弗爐中950°C焙燒16h，焙燒后的 材料經(jīng)過破碎過篩得到均一的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料O. 7Li2Mn03 ·0. 3LiNi1/3Co
!Z3Mn1Z3O2。2)包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l-χ)LiNimConMn1^nO2 顆粒的制備將上述制得的球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料取出9. 6克與適量こ醇置于攪拌器中快速攪拌中使其懸浮。稱取O. 8609克こ醇鈮倒入攪拌器中，こ醇鈮在高速旋轉(zhuǎn)的こ醇中均勻降解于球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒表面。再稱取O. I克碳酸鋰加入攪拌器中，使其分散均勻。在攪拌的過程中對(duì)整個(gè)體系加熱至80で，攪拌至こ醇完全揮發(fā)后將其置于烘箱中100°C干燥5個(gè)小時(shí)，得到塊狀物體。將上面的混合塊狀物置于馬弗爐中700°C焙燒10小時(shí)即可得到LiNbO3包覆來增加O. 7Li2Mn03 · O. 3LiNi1/3Co1/3Mn1/302顆粒產(chǎn)物。最終LiNbO3的質(zhì)量占總產(chǎn)物的4%，包覆層LiNbO3的厚度為20-100nm。將包覆前后兩種材料分別制成2032扣式電池后2. 0-4. 8V O. IC首次放電比容量分別為252. 3mAh/g和247. 6mAh/g ；2. 0-4. 8V IC 100次循環(huán)后容量保持率分別為81%和87% ；2. 0-4. 8V 3C首次放電比容量分別為159. 3mAh/g和178. 6mAh/g，如見圖5所示，倍率性能明顯提高；在55°C高溫下3. 0-4. 3V IC循環(huán)50次后容量保持率分別為83%和90%。實(shí)施例6 ー種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料的制備方法I)未包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l_x)LiNimCOnMrVm-nC^ 顆粒的制備用5809g硫酸鎳、6868g硫酸錳配制濃度為2. 5M的鹽溶液25し將配制好的溶液以lL/h的速度注入轉(zhuǎn)速為200rps的反應(yīng)釜中，同時(shí)注入IOM的NaOH溶液，注意調(diào)節(jié)堿溶液流速，保持PH值在10-11之間，至鹽溶液完全注入反應(yīng)釜中，前驅(qū)體制備反應(yīng)完成。將反應(yīng)完成后的固液混合物通過離心分離，洗滌至中性后在120°C下烘干6h。將烘干后的前驅(qū)體與碳酸鋰按摩爾比I: I. 3混合均勻后在馬弗爐中950°C焙燒16h，焙燒后的材料經(jīng)過破碎過篩得到均一的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料O. 3Li2Mn03 · O. 7LiNia5MnQ.502。2)包覆 LiNbO3 的 XLi2MnO3 · (l-χ)LiNimConMn1^nO2 顆粒的制備將上述制得的球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒材料取出9. 6克與適量こ醇置于攪拌器中快速攪拌中使其懸浮。稱取O. 8609克こ醇鈮倒入攪拌器中，こ醇鈮在高速旋轉(zhuǎn)的こ醇中均勻降解于球形富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒表面。再稱取O. I克碳酸鋰加入攪拌器中，使其分散均勻。在攪拌的過程中對(duì)整個(gè)體系加熱至80で，攪拌至こ醇完全揮發(fā)后將其置于烘箱中100°c干燥5個(gè)小時(shí)，得到塊狀物體。將上面的混合塊狀物置于馬弗爐中700°C焙燒10小時(shí)即可得到LiNbO3包覆來增加O. 3Li2Mn03 ·0. 7LiNi0.5Mn0.502顆粒產(chǎn)物。最終LiNbO3的質(zhì)量占總產(chǎn)物的4%，包覆層LiNbO3的厚度為20-100nm。將包覆前后兩種材料分別制成2032扣式電池，在2. 0-4. 8V O. IC首次放電比容量分別為244. 5mAh/g和239. 6mAh/g ；2. 0-4. 8V O. IC 20次循環(huán)后容量保持率分別為88. 1%和94. 5%，如圖6所示，循環(huán)性能明顯提高；在55°C高溫下 . 0-4. 3V IC循環(huán)20次后容量保持率分別為83%和90%。綜上所述，LiNbO3包覆材料與相比，循環(huán)穩(wěn)定性、高溫循環(huán)性能及熱穩(wěn)定性方面中的多個(gè)方面有較為明顯的性能改善。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗g的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料，其特征在干結(jié)構(gòu)為在粉末狀富鋰層狀晶體材料的顆粒表面包覆ー層LiNbO3，其中粉末狀富鋰層狀晶體材料的化學(xué)式為XLi2MnO3 · (l-x)Li NimConMn1^nO2,式中0. 2 ^ x ^ O. 9、0· I ^ m〈l、0 く η く O. 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料，其特征在于所述LiNbO3的質(zhì)量占材料總質(zhì)量的1_10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料，其特征在于所述包覆層LiNbO3的厚度小于I μ m。
4.一種如權(quán)利要求I所述高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料的制備方法，其特征在于步驟如下 (一)富鋰層狀[xMn · (I-X)NimConMn1^mJ
2 前驅(qū)體的制備 1)以摩爾比Ni:Co:Mn=(l-x)m: (l_x)n: [ (l-χ) (1-m-n) +x]的比例配制鎳鈷猛硫酸鹽溶液，其中 O. 2 ≤ X ≤ O. 9,0. I く m〈l、0 ≤ η ≤ O. 5 ;0〈m+n〈l ； 2)以lL/h的速度向反應(yīng)釜中勻速加入配制好的上述鹽溶液，通過濃度為2-10M的氫氧化鈉溶液在PH值為10-12的條件下進(jìn)行共沉淀反應(yīng)得到前驅(qū)體固液混合物； 3)在所有鹽溶液完全注入反應(yīng)釜后停止反應(yīng)，固液混合物通過離心過濾分離，用去離子水洗滌至中性后，在80-200°C下烘干4-10h，得到分子式為[xMn · (I-X)NimConMn1^J
2，式中 O. 2 ≤ X ≤ O. 9,0. I ≤ m〈l、0 ≤ η ≤ O. 5、0〈m+n〈l 的前驅(qū)體； (ニ)高溫固相法制備富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)XLi2MnO3 · (I-X)Li NimConMn1^nO2顆粒 1)將上述前驅(qū)體與碳酸鋰粉末按摩爾比I:1_2混合均勻； 2)將上述混合物置于馬弗爐中進(jìn)行多段焙燒，焙燒溫度為300-1200°C，焙燒時(shí)間8-30h，然后經(jīng)冷卻、破碎、過篩得到待包覆的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒XLi2MnO3 · (l-x)Li NLConMn^nO2，式中 O. 2 ≤ x ≤ O. 9,0. I ≤ m〈l、0 ≤ η ≤ O. 5、0〈m+n〈l ；(三)用 LiNbO3 包覆 XLi2MnO3 · (I-X)LiNimConMn1^nO2 顆粒 1)將上述焙燒得到的富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒和こ醇按質(zhì)量比為1:5-20放入攪拌器中以每分鐘50-500轉(zhuǎn)的攪拌速度使粉體顆粒懸??； 2)稱取一定量的こ醇鈮倒入攪拌器中，こ醇鈮的用量是以最后LiNbO3所占產(chǎn)物總質(zhì)量所需要的比例來計(jì)算確定，こ醇鈮在旋轉(zhuǎn)的こ醇中均勻水解于富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)的粉體顆粒表面； 3)稱取與こ醇鈮相同化學(xué)計(jì)量比的碳酸鋰加入攪拌器中，使其分散均勻； 4)在攪拌的過程中加熱至80°C，攪拌至こ醇完全揮發(fā)后將其置于烘箱中100°C干燥5個(gè)小時(shí)，得到塊狀物； 5)將上述塊狀物置于馬弗爐中在500-800°C溫度下焙燒10小時(shí)即可得到LiNbO3包覆的XLi2MnO3 · (I-X)LiNimConMn1^nO2顆粒的高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料。
全文摘要
一種高容量富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)鋰電池正極材料，其特征在于結(jié)構(gòu)為在粉末狀富鋰層狀晶體材料的顆粒表面包覆一層LiNbO3，其中粉末狀富鋰層狀晶體材料的化學(xué)式為xLi2MnO3 (1-x)LiNimConMn1-m-nO2,式中0.2≤x≤0.9 、0.1≤m<1 、0≤n≤0.5；其制備方法是先制備富鋰層狀前驅(qū)體，再制備富鋰層狀晶體結(jié)構(gòu)顆粒，最后用LiNbO3包覆顆粒。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)比容量高，最高比容量能達(dá)到280mAh/g；2)經(jīng)過LiNbO3包覆的富鋰層狀結(jié)構(gòu)材料與未包覆之前相比表現(xiàn)出更高的充放電比容量和循環(huán)壽命；3)在高電壓大電流密度下具有更加優(yōu)良的電化學(xué)性能。
文檔編號(hào)H01M4/525GK102694165SQ20121018900
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者侯配玉, 周恩婁, 宋大衛(wèi), 張聯(lián)齊, 郭建 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)