一种微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料的制备方法_2

文档序号:8924133阅读:来源:国知局
溶液A ;
[0036]所述的有机沉淀剂为8-羟基喹啉;
[0037]所述的有机溶剂为乙醇;
[0038](2)、将可溶性的1.6190g钴盐、1.6176g镍盐、6.61742g锰盐、0.2647g钼盐和
6.4273g锂盐与50ml去离子水按可溶性的钴盐、镍盐,锰盐和锂盐的总摩尔量:去离子水为lmol:1L的比例进行混合后于超声20min下得到溶液B ;
[0039]可溶性的钴盐、镍盐、锰盐、钼盐和锂盐的量,按摩尔比计算,即锂盐:镍盐:钴盐:锰盐:钼盐中金属离子比例为1.2:0.091:0.091:0.378:0.03 ;其中,可溶性的钴盐为乙酸钴;可溶性的镍盐为乙酸镍;可溶性的锰盐为乙酸锰;可溶性的钼盐为钼酸铵;可溶性的锂盐为乙酸锂;
[0040](3)、将步骤⑵所得的溶液B控制滴加速率为0.lml/min匀速滴加到步骤⑴所得的溶液A中,水浴条件下控制温度80°C,转速为500r/min条件下反应3h后控制温度为120°C烘干,得到黄色固体粉末;
[0041]上述溶液B和溶液A的用量,按溶液A中的有机沉淀剂8-羟基喹啉:溶液B中可溶性的钴盐、镲盐、猛盐、钼盐和锂盐为lmol:1mol ;
[0042](4)、将步骤(3)所得的黄色固体粉末放在高温管式炉系统中,控制升温速率为5 0C /min的速率升温至200°C保温2h,然后再控制升温速率为5°C /min的速率升温至500 °C预煅烧4h,然后控制升温速率为5°C /min的速率升温至900°C煅烧12h,随炉冷却至室温即得Mo掺杂的层状富锂三元正极材料Lih2 (Mna54Nia 13Co0.13) ^xMoxO2 (x = 0.03)。
[0043]将上述所得的微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料Lih2 (Mntl54Niai3Coa ^xMoxO2(x = 0.03)利用X射线衍射仪进行扫描,结果如图1所示,从图1中可以看出,其出峰尖锐,(006)/(012)和(108)/(110)裂峰明显,(003)对(104)峰值强度的比值1(_/1_大于1.2,由此表明了实施例1所得的微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料Li" (Mna54Niai3Co0.13) HMoxO2 (X = 0.03)具有良好的层状结构。
[0044]上述所得的微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料通过透射电子显微镜进行观察,其在放大倍数为30000倍下获得的SEM图见图2所示,从图2可以看出,上述所得微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料Lih2 (Mna 54Ni0.13Co0.13) ^xMoxO2 (x = 0.03)的形貌基本都为形貌规则的多边形,粒径分布均匀。
[0045]将上述所得的微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料组装成电池,组装步骤如下:
[0046]1、正极极片的制备
[0047]将上述所得微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料、导电碳黑和粘结聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比为80:10:10的比例混合,然后置于磁力搅拌器上搅拌成均匀浆料,均匀涂布于铝箔上,120°C真空干燥3h后,制成直径为14mm的圆形正极极片;
[0048]2、电池负极的制备
[0049]在干燥的手套箱中刮去高纯金属锂片表面氧化层,露出光泽的金属表面即得电池负极;
[0050]3、扣式实验电池组装
[0051]在充满氩气的真空手套箱中组装成CR2016型扣式电池。电解液为LiPF6/碳酸乙烯酯(EC) +碳酸二甲酯(DMC)(体积比为1:1),金属锂片为电池负极,隔膜为Celgard2400聚丙烯薄膜。在CR2016型扣式电池正极壳中放入正极极片,将隔膜覆盖在正极极片上,滴加电解液后,再将金属锂片即电池负极轻轻置于隔膜上,再放入作为支撑材料的泡沫镍,将电池负极壳盖到正极壳上,进而组装成扣式实验电池。
[0052]实施例1所得的微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料的电池性能通过组装后的CR2016型扣式电池,在LAND电池测试系统CT2001A上进行测试,采用1C、2C和5C的倍率条件分别进行测试。测试结果见图3、图4和图5所示。
[0053]图3为实施例1微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料组装成扣式实验电池后,在IC倍率下的前100次充放电比容量和循环效率曲线。从图3可得出,IC充放电条件下实施例1所得的微量Mo掺杂的层状富锂三元锂离子电池正极材料首次充、放电比容量分别为372.0mAh/g和260.8mAh/g,首次库伦效率为70.1 %,从第二次开始,充放电效率均达到98.0%以上。
[0054]图4为实施例1所得的微量Mo掺杂的层状富锂三元正极电池材料组装成扣式实验电池后在IC倍率下的首次和第100次充放电曲线图。图4中的I为首次充电曲线、2为首次放电曲线、3为第100次充电曲线、4为第100次放电曲线。从图4中可以看出,实施例1所得微量Mo掺杂的层状富锂三元正极电池材料存在明显的4.5V高电压充电平台,100次充放电后放电比容量为202.8mAh/g,库伦效率为97.3%。由此表明,本发明的Mo掺杂的层状固溶体富锂猛基三元正极电池材料Lih2 (Mna54Nia 13Coai3) ^xMoxO2 (X = 0.03)的电池性能良好。
[0055]图5为实施例1所得的微量Mo掺杂的层状富锂三元正极电池材料组装成扣式实验电池后在2C和5C倍率下的前100次放电比容量曲线,图5中的a表示2C倍率下的前100次放电曲线、b表示5C倍率下的前100次放电曲线。从图5中可以看出,在2C倍率下放电时,最高放电比容量为203.6mAh/g,100次平均放电比容量为177.2mAh/g,在5C倍率下放电时,最高放电比容量为163.5mAh/g,100次平均放电比容量为143.7mAh/g。由此表明,本发明的微量Mo掺杂的层状富锂三元正极电池材料在高倍率条件下,表现出优异的电池性能。
[0056]实施例2
[0057]一种微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料的制备方法,富锂三元锂离子电池正极材料含有 L1、N1、Co、Mn、Mo 和 O 元素,其分子式为 Li1.2 (Mn。.54NiQ.13CoQ.13) ^xMoxO2 (x =0.01)。
[0058]上述的一种Mo掺杂的层状富锂三元正极电池材料的制备方法,即采用有机共沉淀法,具体包括以下步骤:
[0059](I)、将有机沉淀剂与有机溶剂按有机沉淀剂:有机溶剂为0.5mol:1L的比例进行混合,然后控制转速为800r/min、温度为40°C条件下搅拌溶解得溶液A ;
[0060]所述的有机沉淀剂为8-羟基喹啉;
[0061]所述的有机溶剂为乙醇;
[0062](2)、将可溶性的钴盐、镍盐、锰盐、钼盐和锂盐与去离子水,按可溶性的钴盐、镍盐、锰盐、钼盐和锂盐的总摩尔量:去离子水为0.5mol:lL的比例进行混合后于超声20min下得到溶液B;
[0063]所述的可溶性的钴盐、镍盐、锰盐、钼盐和锂盐的量,按摩尔比计算,即锂盐:镍盐:钴盐:锰盐:钼盐中金属离子比例为1.2:0.13:0.13:0.54:0.01 ;可溶性的钴盐为乙酸钴;可溶性的镍盐为乙酸镍;可溶性的锰盐为乙酸锰;可溶性的钼盐为钼酸铵;可溶性的锂盐为乙酸锂;
[0064](3)、将步骤⑵所得的溶液B控制滴加速率为0.lml/min匀速滴加到步骤⑴所得的溶液A中,水浴条件下控制温度40°C,转速为800r/min条件下反应2h后控制温度为120°C烘干,得到黄色固体粉末;
[0065]上述溶液B和溶液A的用量,按溶液A中的有机沉淀剂:溶液B中可溶性钴盐、镍盐、猛盐、钼盐和锂盐为0.lmol:1mol ;
[0066](4)、将步骤(3)所得的黄色固体粉末放在高温管式炉系统中,控制升温速率为5 0C /min的速率升温至200°C保温2h,然后再控制升温速率为5°C /min的速率升温至400 °C预煅烧6h,然后控制升温速率为5°C /min的速率升温至900°C煅烧6h,随炉冷却至室温即得微量Mo掺杂的层状富锂三元锂离子电池正极材料Li1.JMna54Niai3Coai3) ^xMoxO2 (X =0.01)。
[0067]实施例3
[0068]一种微量Mo掺杂的层状富锂三元正极材料的制备方法,富锂三元锂离子电池正极材料含有 L1、N1、Co、Mn、Mo 和 O 元素,其分子式为 Li1.2 (Mn。.54NiQ.13CoQ.13) ^xMoxO2 (x =0.06)。
[0069]上述的一种微量Mo掺杂的层状富锂三元正极电池材料的制备方法,即采用有机共沉淀法,具体包括以下步骤:
[0070](I)、将有机沉淀剂与有机溶剂按有机沉淀剂:有机溶剂为2.5mol:1L的比例进行混合,然后控制转速为500r/mi
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