锂离子电池正极材料及其制备方法_2

文档序号:9434702阅读:来源:国知局
温速率升温至600°C,保温0. 5h进行高温碳化处理,冷却后过325目的尼龙 筛,即得到锂离子电池正极材料。
[0039] 对比例1 :
[0040]-种锂离子电池正极材料,为核壳结构,"核"为正极活性材料钴酸锂(LiC〇a995Ti。 .。。#化。。3〇2),"壳"为碳层,碳层均匀包覆于钴酸锂的表面,碳层的质量占正极活性材料质量 的1. 2wt% ;碳层由酚醛树脂(酚醛树脂是由间苯二酚和甲醛反应生成的)经高温煅烧碳 化而成。
[0041] 上述锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0042] 1)取195. 5g十六烷基三甲基溴化铵于5000ml去离子水中,在60°C水浴温度下搅 拌至完全溶解,得到溶液A。
[0043] 2)在溶液 A 中加入 lOmol (977.如)钴酸锂(LiC〇Q.995TiQ. M2MgQ.QQ302)、0? 268〇mol 间 苯二酚、1. 610mol甲醛和0. 0134mol Li2C03,搅拌0. 5h后,将溶液的温度升高至90°C,继续 搅拌12h,得到溶液B。
[0044] 3)对溶液B进行真空抽滤、洗涤并重复操作5次,得到棕红色粉末;然后将所得 的棕红色粉末置于80°C的烘箱中干燥12h,再将干燥后的粉末置于充满氮气的马弗炉中以 10°C /min的升温速率升温至600°C,保温0. 5h进行高温碳化处理,冷却后过325目的尼龙 筛,即得到锂离子电池正极材料。
[0045] 对比例2 :
[0046] -种锂离子电池正极材料,为核壳结构,"核"为正极活性材料钴酸锂(LiC 〇a995Ti。 .〇〇2MgD.DD3〇 2),"壳"为纳米Li2Ti03层,纳米Li 2Ti03层均匀包覆于钴酸锂的表面,纳米Li 2Ti03 层的质量占正极活性材料质量的〇. 8wt%。
[0047] 上述锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0048] 将 lOmol (977.如)钴酸锂(LiC〇Q.995TiQ. M2MgQ.QQ302)、L 的纳米 Li2Ti03置于含 有聚氨酯球的球磨罐中,其中球料质量比1:3,转速lOOOrpm,球磨lh,球料分离后将物料置 于空气气氛的马弗炉中600°C烧结5h,冷却后过325目的尼龙筛,即得到锂离子电池正极材 料。
[0049] 将实施例1和对比例1、2制得的正极材料均制作成扣式电池和铝壳全电池。在常 温下对扣式电池进行容量、循环和倍率测试,测试电压为3. 0~4. 5V ;在85°C高温下对全电 池进行6h高温存储测试,测试电压为3. 0~4. 35V,所得的结果如图1、图2和表1所示。
[0050] 表1实施例1和对比例1、2电化学性
[0051]
[0052] 实施例1的锂离子电池正极材料制成电池后,在25°C下,用3. 0~4. 5V测试其扣 电性能,其1C放电容量为191.2mAh/g;倍率1C/0. 2C为96. 3%,3C/0. 2C为88. 5% ;经过 50周循环测试后,电池的容量保持率为96. 6%;用3. 0~4. 35V测试全电池高温存储性能, 85°C /6h下的电池容量保持率为90. 4%,恢复率为95. 8%。从图1、图2和表1中可以看 出:实施例1的锂离子电池正极材料相比于对比例1和对比例2单一包覆层改性的锂离子 电池正极材料的电池容量、循环、倍率和安全性能均明显提高。
[0053] 实施例2 :
[0054] -种本发明的锂离子电池正极材料,为核壳结构,"核"为正极活性材料镍钴锰酸 锂(LiNia6C〇a2Mna20 2),"壳"为含有点状纳米Li2Ti03的碳层,碳层均匀包覆于镍钴锰酸锂 的表面;其中纳米1^21103的质量占正极活性材料质量的1. 6wt%,碳层中碳的质量占正极 活性材料质量的3. Owt%;碳层中的碳是由酚醛树脂(酚醛树脂是由甲酚和甲醛反应生成 的)经高温煅烧碳化而成,并且碳层中的点状纳米Li 2Ti03是在酚醛树脂高温煅烧碳化过程 中原位生成于碳层中。
[0055] 上述锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0056] 1)取290. 8g十八烷基二甲基苄基氯化铵于5000ml去离子水中,在60°C水浴温度 下搅拌至完全溶解,得到溶液A。
[0057]2)在溶液 A 中加入 lOmol (969. 3g)镍钴锰酸锂(LiNia6Coa2Mna202)、15. 5g 纳米 Li2Ti03、0. 5825mol甲酚、1. 165mol甲醛和0. 0186mol NaOH,搅拌0. 5h后,将溶液的温度升 高至90°C,继续搅拌24h,得到溶液B。
[0058] 3)对溶液B进行真空抽滤、洗涤并重复操作5次,得到棕红色粉末;然后将所得 的棕红色粉末置于80°C的烘箱中干燥12h,再将干燥后的粉末置于充满氮气的马弗炉中以 4°C /min的升温速率升温至450°C,保温2h进行高温碳化处理,冷却后过325目的尼龙筛, 即得到锂离子电池正极材料。
[0059] 如图3所示,为本实施例制备的锂离子正极材料的电镜扫描照片,从图中可以看 出,本实施例制备的锂离子正极材料为核壳结构,纳米Li 2Ti03是以点状的形式分布在碳层 内,碳层和纳米1^2110 3复合体均匀地包覆在镍钴锰酸锂材料表面。
[0060] 对比例3:
[0061] -种锂离子电池正极材料,为核壳结构,"核"为正极活性材料镍钴锰酸锂 (LiNi a6C〇Q.2MnQ.20 2),"壳"为纳米Li2Ti03层和碳层,纳米Li 2Ti03的质量占正极活性材料 质量的1.6wt%,碳层中碳的质量占正极活性材料质量的3. Owt%。其中"壳"采用两步包 覆方式形成:先将纳米Li2Ti03以点状的方式均匀包覆于镍钴锰酸锂的表面形成Li 2Ti03/ LiNia6C〇a2M %202复合体;再将酚醛树脂(酚醛树脂是由甲酚和甲醛反应生成的)均匀包 覆于Li2Ti0 3/LiNia6C〇a2Mna202复合体上,酚醛树脂经高温煅烧碳化后形成碳层均匀包覆 于 Li2Ti03/LiNiQ.6CoQ. 2Mna202复合体上。
[0062] 上述锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0063]1)将 10mol (969. 3g)镍钴锰酸锂(LiNiQ.6CoQ.2Mn a202)、15. 5g 纳米 Li2Ti03置于含 有聚氨酯球的球磨罐中,其中球料质量比1:3,转速lOOOrpm,球磨lh,球料分离后将物料置 于马弗炉中450°C烧结4h得到Li 2Ti03/LiNia6C〇a2MnQ. 202复合体。
[0064] 2)取290. 8g十八烷基二甲基苄基氯化铵于5000ml去离子水中,在60°C水浴温度 下搅拌至完全溶解,得到溶液A。
[0065] 3)在溶液 A 中加入 984. 8g Li2Ti03/LiNia6Coa2Mn a202、0. 5825mol 甲酚、1. 165mol 甲醛和0. 0186mol NaOH,搅拌0. 5h后,将溶液的温度升高至90°C,继续搅拌24h,得到溶液 B〇
[0066] 4)对溶液B进行真空抽滤、洗涤并重复操作5次,得到棕红色粉末;然后将所得 的棕红色粉末置于80°C的烘箱中干燥12h,再将干燥后的粉末置于充满氮气的马弗炉中以 4°C /min的升温速率升温至450°C,保温2h进行高温碳化处理,冷却后过325目的尼龙筛, 即得到锂离子电池正极材料。
[0067] 将实施例2和对比例3制得的正极材料均制作成扣式电池和铝壳全电池。在常温 下对扣式电池进行容量、循环和倍率测试,测试电压为3. 0~4. 3V ;在85°C高温下对全电池 进行高温存储测试,测试电压为3. 0~4. 2V,所得的结果表2所示。
[0068] 表2实施例2和对比例3电化学性
[0069]
[0070] 在25°C下,用3. 0~4. 3V测试实施例2的正极材料制成的电池的扣电性能,其1C 放电容量为168. 5mAh/g ;倍率1C/0. 2C为96. 0%,2C/0. 2C为92. 8% ;经过50周循环测试 后,电池的容量保持率为95. 0% ;用3. 0~4. 2V测试全电高温存储性能,85°C /6h下的电 池容量保持率为89. 1%,恢复率为93. 6%。从表2中可以看出:与对比例3两步包覆改性 的锂离子电池正极材料相比,实施2制备的锂离子电池正极材料的电池容量、循环、倍率和 安全性能均明显提高。
[0071] 实施例3:
[0072] -种本发明的锂离子电池正极材料,为核壳结构,"核"为正极活性材料锰酸锂 (LiMn^Al^A),"壳"为含有点状纳米Li 2Zr03的碳层,碳层均匀包覆于锰酸锂的表面;其 中纳米Li2Zr〇d9质量占正极活性材料质量的0. 5wt%,碳层中碳的质量占正极活性材料质 量的l.Owt% ;碳层中的碳是由酚醛树脂(酚醛树脂是由苯酚和甲醛反应生成的)经高温 煅烧碳化而成,并且碳层中的点状纳米Li2Zr0 3是在酚醛树脂高温煅烧碳化过程中原位生 成于碳层中。
[0073] 上述锂离子电池正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0074] 1)取451. 8g氯化双十二烷基二甲基羟丙基双铵于5000ml去离子水中,在60°C水 浴温度下搅拌至完全溶解,得到溶液A。
[0075] 2)在溶液 A 中加入 5mol
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