一種多層復(fù)合鋰離子電池正極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池材料領(lǐng)域,具體涉及一種多層復(fù)合鋰離子電池正極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來,鋰離子電池做為目前應(yīng)用廣泛的電源發(fā)展迅猛,其正極材料也成為研究的熱點而倍受關(guān)注。主要的幾種鋰離子電池正極材料如LiNi1/3Co1/3Mn1/302、LiNi0.5MnL504,LiMn2O4,由于鎳、錳兩種元素在電解液中溶解和Ni4+對電解液的強氧化作用發(fā)生較多的副反應(yīng),導(dǎo)致它們都存在著在高溫條件下循環(huán)性能下降。為了解決這個問題,多數(shù)都采用包覆的方法來解決。但單一的包覆會增加電池的內(nèi)阻,并且不能形成均勻的表面層。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種多層復(fù)合鋰離子電池正極材料的制備方法,其采用球形的高密度前驅(qū)體,中間層添加Al、Mg等元素制成鋰離子電池正極材料,然后,表面包覆一層磷酸鐵鋰材料。
[0004]本發(fā)明的一種多層復(fù)合鋰離子電池正極材料的制備方法包括以下步驟:
[0005]I)分別配制Ni' Co2+、Mn2+化合物的溶液,其中Ni 2+、Co' Mn2+的摩爾濃度范圍為O < C(Ni2+)彡 0.10,0〈C(Co2+)彡 0.40,0〈C(Mn2+) ^ 0.10 ;
[0006]2)將步驟I)所得溶液混合,將混合溶液、絡(luò)合劑、氫氧化物分別用栗連續(xù)地輸入到反應(yīng)釜中,Ni' Co' Mn2+溶液的摩爾比為(4-8): (1-2): (1_4),反應(yīng)液pH值控制在10.0-11.0,經(jīng)過攪拌、沉淀、分離、干燥得到氫氧化物共沉淀前軀體;
[0007]3)將步驟2)的氫氧化物共沉淀前軀體與碳酸氫鈉溶液加入到反應(yīng)釜中進行攪拌,在 50-55°C下,以 200r/min-900r/min 的速度攪拌 l_8h ;
[0008]4)將鋁鹽、鎂鹽溶液以0.05L/min-0.15L/min的滴加速度加入到步驟3)所得的混合溶液中,使得鋁鹽、鎂鹽溶液與步驟3)所得的混合溶液的摩爾比為:0.02-1,攪拌,同時加入氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為9.5-13 ;
[0009]5)將步驟4)的溶液靜止80min-120min,再進行過濾、洗滌,至洗滌液pH為6.5-7.0 ;
[0010]6)將步驟5)所得的材料進行抽濾,然后在80°C -100°C的條件下烘3_9h,得多層球形多元前驅(qū)體;
[0011]7)將步驟6)所得前驅(qū)體與鋰源化合物按摩爾比(0.9-1.30):1進行混合均勻后,放入高溫爐中進行燒結(jié),在空氣或氧氣氣氛條件下,300-1000°C煅燒4-48h,經(jīng)冷卻、粉碎、分級和篩分后得到鋰離子電池正極材料;
[0012]8)將步驟7)所得材料分散在純水中,攪拌成漿料,固含量為50-70 % ;
[0013]9)將鋰鹽與磷酸鐵按摩爾比(1-1.05):1加入到純水中,配成漿料,固含量為50-60% ;
[0014]10)將步驟8)和9)所得漿料混合均勻,所得混合物經(jīng)干燥后,在無氧氣氛下850-900°C煅燒9小時,冷卻、粉碎、過篩得到多層復(fù)合鋰離子電池正極材料。
[0015]其中,步驟10)中的混合方式為:將步驟8)和9)所得漿料分別以0.3L/min-0.5L/min的速度從攪拌器上部栗入,同時從攪拌器下部將此混合漿料栗出,再次從上部栗入同一攪拌器,進行循環(huán)攪拌至步驟8)和9)所得漿料輸送完畢。
[0016]本發(fā)明制備方法制得的多層復(fù)合鋰離子電池正極材料的體積容量密度高,電化學(xué)副反應(yīng)少,充放電平臺多,高電壓性能好,產(chǎn)品純度高,成本較低。
【具體實施方式】
[0017]以下通過實施例對本發(fā)明的詳細過程做進一步說明。
[0018]實施例1
[0019]I)分別配制 NiSO4' CoS04、MnSO4^f 液,其中 C(Ni 2+) = 0.08mol/L,C(Co2+)=0.01mol/L、C (Mn2+) = 0.01mol/L ;
[0020]2)將步驟I)所得溶液混合均勻,將混合溶液、2.0moI/L氨水、8.0moI/L氫氧化鈉分別用栗連續(xù)地輸入到反應(yīng)釜中,輸入的摩爾比為:N1:Co:Mn = 8:1: 1,反應(yīng)液pH值控制在10.0-11.0,經(jīng)過攪拌、沉淀、分離、干燥得到氫氧化物共沉淀前軀體NiasCoaiMnai (OH)2;
[0021]3)將步驟2)的氫氧化物共沉淀前軀體10g與200mL濃度為0.5mol/L的碳酸氫鈉溶液加入到反應(yīng)釜中進行攪拌,在50-55°C下,以300r/min的速度攪拌3h ;
[0022]4)將0.02mol/L鋁鹽、0.02mol/L鎂鹽溶液以0.05L/min的滴加速度加入到步驟
3)所得混合溶液中,使得鋁鹽、鎂鹽溶液與步驟3)所得混合溶液的摩爾比為:0.02-1,攪拌,同時加入氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為10.5-11.0 ;
[0023]5)將步驟4)的溶液靜止80min-120min,再進行過濾、洗滌,至洗滌液pH為6.5-7.0 ;
[0024]6)將步驟5)水洗后的材料進行抽濾,然后在95°C _100°C的條件下烘6h,得多層球形多元前驅(qū)體;
[0025]7)將步驟6)所得前驅(qū)體與鋰源化合物按摩爾比0.9:1進行混合均勻后,放入高溫爐中進行燒結(jié),在空氣或氧氣氣氛條件下,在1000°c煅燒10h,經(jīng)冷卻、粉碎、分級和篩分后得到鋰離子電池正極材料;
[0026]8)將步驟7)所得材料分散在純水中,攪拌成漿料,固含量為60-70 % ;
[0027]9)將鋰鹽與磷酸鐵按摩爾比1:1加入到純水中,配成漿料,固含量在50-55% ;
[0028]10)將步驟8)和9)所得漿料分別以0.3L/min-0.5L/min的速度從攪拌器上部栗入,同時從攪拌器下部將此混合漿料栗出,再次從上部栗入同一攪拌器,進行循環(huán)攪拌至步驟8)和9)所得漿料輸送完畢;
[0029]11)將步驟10)所得混合物經(jīng)干燥后,在無氧氣氛下850_900°C煅燒9小時,冷卻,粉碎,過篩即得多層復(fù)合鋰離子電池正極材料。
[0030]制得的多層復(fù)合鋰離子電池正極材料做成CR2016電池然后進行充放電性能對比測試。普通材料的電池在55°C下IC循環(huán)100次容量保持率為81%,多層復(fù)合鋰離子電池正極材料的電池在55°C下IC循環(huán)100次容量保持率為96%。
[0031]實施例2
[0032]I)分別配制 Ni (NO3) 2、Co (NO3) 2、Mn (NO3) 2溶液,其中 C (Ni 2+) = 0.04mol/L,C (Co2+)=0.02mol/L、C (Mn2+) = 0.0lmol/L ;
[0033]2)將步驟I)所得溶液混合,將混合溶液、2.0moI/L氨水、8.0moI/L氫氧化鈉分別用栗連續(xù)地輸入到反應(yīng)釜中,輸入的摩爾比為N1:Co:Mn = 4:2:2,反應(yīng)液pH值控制在10.0-11.0,經(jīng)過攪拌、沉淀、分離、干燥得氫氧化物共沉淀前軀體Nia4Coa2Mna2(OH)2;
[0034]3)將步驟2)的氫氧化物共沉淀前軀體10g與300mL濃度為0.5mol/L的碳酸氫鈉溶液加入到反應(yīng)釜中進行攪拌,在50-55°C下,以300r/min的速度攪拌3h ;
[0035]4)將0.02mol/L鋁鹽、0.02mol/L鎂鹽溶液以0.05L/min的滴加速度加入步驟3)所得的混合溶液中,使得鋁鹽、鎂鹽溶液與步驟3)所得的混合溶液的摩爾比為:0.02-1,攪拌,同時加入氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值為10.5-11.0 ;