一种锂离子电池用正极材料及其制备方法与流程

文档序号:15698454发布日期:2018-10-19 19:26阅读:147来源:国知局
本发明涉及锂离子电池领域,具体是一种锂离子电池用正极材料。
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:由于以石油和煤为主的化石燃料的不断消耗,以及对于环境污染的不断加重,已经严重影响人类健康和生存环境。越来越多的人将目光投向新能源技术,开发新能源成为众多国家的能源战略重点,锂电池是其中的一个重要方向,锂离子电池以其优异的性能正成为最有潜力的动力源之一。锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池,与铅酸、镍镉、镍氢等传统的二次电池相比,锂离子电池具有工作电压高、体积小、质量轻、容量密度高、无记忆效应、无污染,以及自放电小、循环寿命长等优点,逐渐取代了传统的铅酸电池等化学电源。特别是随着能源与环境问题的日益凸显,锂离子电池得到了越来越多的重视。正极材料是制造锂离子电池的关键材料之一。目前,商业化锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰三元复合材料和磷酸铁锂。其中钴酸锂价格昂贵、安全性能差,且对环境污染大,无法在动力电池中应用;镍钴锰三元复合材料循环稳定性差,安全性能不理想;磷酸铁锂合成的一致性差,体积比容量低,导电率差,锰酸锂在锂离子电池中的应用就成为主流。但是采用锰酸锂为正极材料的锂离子电池在循环时,尤其是在60摄氏度以上进行循环时,容量衰减特别快,上述问题制约了锂离子电池的应用。技术实现要素:本发明的目的在于提供一种锂离子电池用正极材料,以解决上述
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中提出的问题。为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种锂离子电池用正极材料,包括以下重量份的原料:碳酸锂18-26份、硫酸镁7-12份、纳米二氧化钛3-5份、丁戊醇8-12份、钛酸异丙酯4-6份、聚乙烯吡咯烷酮0.6-2.4份、氧化锌6-10份、乙二胺四乙酸钠1.8-3.5份和鸡骨草5-8份。作为本发明进一步的方案:所述锂离子电池用正极材料,包括以下重量份的原料:碳酸锂21-26份、硫酸镁9-12份、纳米二氧化钛3.6-5份、丁戊醇9.5-12份、钛酸异丙酯4.8-6份、聚乙烯吡咯烷酮1.4-2.4份、氧化锌7.5-10份、乙二胺四乙酸钠2.4-3.5份和鸡骨草6.6-8份。作为本发明进一步的方案:所述锂离子电池用正极材料,包括以下重量份的原料:碳酸锂24份、硫酸镁11份、纳米二氧化钛4.5份、丁戊醇10.8份、钛酸异丙酯5.5份、聚乙烯吡咯烷酮2份、氧化锌9份、乙二胺四乙酸钠3份和鸡骨草7.2份。所述锂离子电池用正极材料的制备方法,具体步骤如下:步骤一,将鸡骨草粉碎至30-50目后将鸡骨草粉加入酶解罐中,在35-45摄氏度下酶解完全,灭酶后对酶解物进行水提取以及多级逆流醇提取,然后采用大孔吸附树脂吸附处理,得到鸡骨草提取液,将鸡骨草提取液平均分成两份;步骤二,将碳酸锂、硫酸镁和乙二胺四乙酸钠加入其体积5-8倍的温度为40-55摄氏度的去离子水中,将溶解后的溶液过滤除杂质,过滤后溶液澄清透明,将溶液在60-80摄氏度和ph值为3.6-6的环境下反应60-90分钟,得到第一混合物,备用;步骤三,将丁戊醇、钛酸异丙酯、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锌和一份鸡骨草提取液加入球磨机中并且球磨混合,得到浆料;步骤四,将纳米二氧化钛加入另一份鸡骨草提取液中并且超声波振荡25-40分钟,得到第二混合物;步骤五,将第一混合物、第二混合物以及浆料球磨混合,然后在120-150摄氏度下加热并搅拌至干燥,得到半成品;步骤六,将半成品以5-8摄氏度/分钟的速度加热至360-450摄氏度并保温6-10小时,然后以10-12摄氏度/分钟的速度升温至780-850摄氏度并且煅烧10-12小时,自然冷却至室温,研磨成粉末,即得到成品。作为本发明进一步的方案:步骤三中球磨温度为33-40摄氏度,球磨速度为750-900rpm。与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明原料来源广泛,通过对不同原料进行不同的提取工艺,各种原料起到协同作用,制备的成品具有良好的比容量和循环性能,可以满足锂电池的使用需求。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。实施例1一种锂离子电池用正极材料,包括以下重量份的原料:碳酸锂18份、硫酸镁7份、纳米二氧化钛3份、丁戊醇8份、钛酸异丙酯4份、聚乙烯吡咯烷酮0.6份、氧化锌6份、乙二胺四乙酸钠1.8份和鸡骨草5份。所述锂离子电池用正极材料的制备方法,具体步骤如下:步骤一,将鸡骨草粉碎至40目后将鸡骨草粉加入酶解罐中,在38摄氏度下酶解完全,灭酶后对酶解物进行水提取以及多级逆流醇提取,然后采用大孔吸附树脂吸附处理,得到鸡骨草提取液,将鸡骨草提取液平均分成两份;步骤二,将碳酸锂、硫酸镁和乙二胺四乙酸钠加入其体积6倍的温度为48摄氏度的去离子水中,将溶解后的溶液过滤除杂质,过滤后溶液澄清透明,将溶液在68摄氏度和ph值为4.2的环境下反应75分钟,得到第一混合物,备用;步骤三,将丁戊醇、钛酸异丙酯、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锌和一份鸡骨草提取液加入球磨机中并且球磨混合,得到浆料;步骤四,将纳米二氧化钛加入另一份鸡骨草提取液中并且超声波振荡35分钟,得到第二混合物;步骤五,将第一混合物、第二混合物以及浆料球磨混合,然后在135摄氏度下加热并搅拌至干燥,得到半成品;步骤六,将半成品以6摄氏度/分钟的速度加热至420摄氏度并保温8小时,然后以11摄氏度/分钟的速度升温至810摄氏度并且煅烧10小时,自然冷却至室温,研磨成粉末,即得到成品。实施例2一种锂离子电池用正极材料,包括以下重量份的原料:碳酸锂21份、硫酸镁9份、纳米二氧化钛3.6份、丁戊醇9.5份、钛酸异丙酯4.8份、聚乙烯吡咯烷酮1.4份、氧化锌7.5份、乙二胺四乙酸钠2.4份和鸡骨草6.6份。所述锂离子电池用正极材料的制备方法,具体步骤如下:步骤一,将鸡骨草粉碎至40目后将鸡骨草粉加入酶解罐中,在42摄氏度下酶解完全,灭酶后对酶解物进行水提取以及多级逆流醇提取,然后采用大孔吸附树脂吸附处理,得到鸡骨草提取液,将鸡骨草提取液平均分成两份;步骤二,将碳酸锂、硫酸镁和乙二胺四乙酸钠加入其体积6倍的温度为52摄氏度的去离子水中,将溶解后的溶液过滤除杂质,过滤后溶液澄清透明,将溶液在66摄氏度和ph值为5的环境下反应80分钟,得到第一混合物,备用;步骤三,将丁戊醇、钛酸异丙酯、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锌和一份鸡骨草提取液加入球磨机中并且球磨混合,球磨温度为38摄氏度,球磨速度为810rpm,得到浆料;步骤四,将纳米二氧化钛加入另一份鸡骨草提取液中并且超声波振荡33分钟,得到第二混合物;步骤五,将第一混合物、第二混合物以及浆料球磨混合,然后在135摄氏度下加热并搅拌至干燥,得到半成品;步骤六,将半成品以6摄氏度/分钟的速度加热至390摄氏度并保温8小时,然后以10摄氏度/分钟的速度升温至820摄氏度并且煅烧11小时,自然冷却至室温,研磨成粉末,即得到成品。实施例3一种锂离子电池用正极材料,包括以下重量份的原料:碳酸锂24份、硫酸镁11份、纳米二氧化钛4.5份、丁戊醇10.8份、钛酸异丙酯5.5份、聚乙烯吡咯烷酮2份、氧化锌9份、乙二胺四乙酸钠3份和鸡骨草7.2份。所述锂离子电池用正极材料的制备方法,具体步骤如下:步骤一,将鸡骨草粉碎至45目后将鸡骨草粉加入酶解罐中,在40摄氏度下酶解完全,灭酶后对酶解物进行水提取以及多级逆流醇提取,然后采用大孔吸附树脂吸附处理,得到鸡骨草提取液,将鸡骨草提取液平均分成两份;步骤二,将碳酸锂、硫酸镁和乙二胺四乙酸钠加入其体积7倍的温度为50摄氏度的去离子水中,将溶解后的溶液过滤除杂质,过滤后溶液澄清透明,将溶液在75摄氏度和ph值为5.5的环境下反应85分钟,得到第一混合物,备用;步骤三,将丁戊醇、钛酸异丙酯、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锌和一份鸡骨草提取液加入球磨机中并且球磨混合,得到浆料;步骤四,将纳米二氧化钛加入另一份鸡骨草提取液中并且超声波振荡38分钟,得到第二混合物;步骤五,将第一混合物、第二混合物以及浆料球磨混合,然后在126摄氏度下加热并搅拌至干燥,得到半成品;步骤六,将半成品以8摄氏度/分钟的速度加热至450摄氏度并保温9小时,然后以12摄氏度/分钟的速度升温至800摄氏度并且煅烧10小时,自然冷却至室温,研磨成粉末,即得到成品。实施例4一种锂离子电池用正极材料,包括以下重量份的原料:碳酸锂26份、硫酸镁12份、纳米二氧化钛5份、丁戊醇12份、钛酸异丙酯6份、聚乙烯吡咯烷酮2.4份、氧化锌10份、乙二胺四乙酸钠3.5份和鸡骨草8份。所述锂离子电池用正极材料的制备方法,具体步骤如下:步骤一,将鸡骨草粉碎至40目后将鸡骨草粉加入酶解罐中,在42摄氏度下酶解完全,灭酶后对酶解物进行水提取以及多级逆流醇提取,然后采用大孔吸附树脂吸附处理,得到鸡骨草提取液,将鸡骨草提取液平均分成两份;步骤二,将碳酸锂、硫酸镁和乙二胺四乙酸钠加入其体积6倍的温度为48摄氏度的去离子水中,将溶解后的溶液过滤除杂质,过滤后溶液澄清透明,将溶液在75摄氏度和ph值为4.5的环境下反应75分钟,得到第一混合物,备用;步骤三,将丁戊醇、钛酸异丙酯、聚乙烯吡咯烷酮、氧化锌和一份鸡骨草提取液加入球磨机中并且球磨混合,球磨温度为36摄氏度,球磨速度为820rpm,得到浆料;步骤四,将纳米二氧化钛加入另一份鸡骨草提取液中并且超声波振荡40分钟,得到第二混合物;步骤五,将第一混合物、第二混合物以及浆料球磨混合,然后在140摄氏度下加热并搅拌至干燥,得到半成品;步骤六,将半成品以6摄氏度/分钟的速度加热至450摄氏度并保温8小时,然后以10摄氏度/分钟的速度升温至840摄氏度并且煅烧12小时,自然冷却至室温,研磨成粉末,即得到成品。对实施例1-4的产品和现有产品进行电容量和循环性能测试,测试结果见表1。表1电容量/mah/g循环150次后电容量/mah/g循环150次后电容保持率/%实施例1355.3268.275.49实施例2387.6273.570.56实施例3394.1284.772.24实施例4376.4295.778.56现有产品176.888.950.28从表1中可以看出实施例1-4的产品在电容量上远远高于现有产品,循环150次后的电容量保持率在70%以上,远远高于现有产品的50.28%,可以满足人们的使用需求。本发明将鸡骨草酶解后进行提取,得到鸡骨草提取液,将部分原料与鸡骨草提取液球磨得到浆料,再将纳米二氧化钛在鸡骨草提取液中分散均匀,对纳米二氧化硅表面的官能团进行改性,将第一混合物、第二混合物以及浆料球磨后进行煅烧,制备的成品具有良好的比容量和循环性能。对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12
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