锂离子电池、锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池、锂离子电池正极材料及其制备方法，其中，锂离子电池正极材料的制备方法，包括：将固体的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF以一定比例混合均匀，得到混合物A；将所述混合物A放入行星球磨机进行球磨，得到锂离子电池正极材料；将所述锂离子电池正极材料与导电剂、粘结剂按一定比例混合均匀并均匀涂于铝箔上，干燥后制得电池正极片；所述混合物A中Mn与Nb的摩尔比为1:2.9～1:3.1。本发明专利技术的有益效果通过Nb元素与F元素的掺杂，活化了Mn元素，可以使Mn元素参与氧化还原反应，增加了电池的容量和循环性能，且通过一锅球磨法制备的产品粒径更小，比表面积更大。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池、锂离子电池正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池电极材料，具体涉及一种锂离子电池、锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
为了提高锂离子电池的功率性，一般通过降低正极的粒径和提高比表面积来实现，但同时会使得发生在电解液和正极材料接触界面的副反应增加，导致电解液的恶化，影响电芯的容量和循环性能；针对电芯电解液和正极材料接触界面副反应的问题，现有技术中，一般通过表面包覆氧化物的方法，避免正极材料与电解液直接接触，可锂离子和电子在氧化物中的扩散速率较低，这直接导致电芯的功率性能变差，且现有掺杂技术功能相对单一，只能稳定正极活性材料的晶体结构，无法改变电化学过程中氧化还原电对的种类。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，旨在提高电池的容量和锂离子电池的循环性能。本专利技术提出一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：将固体的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF以一定比例混合均匀，得到混合物A，所述混合物A中Mn与Nb的摩尔比为1:2.9～1:3.1；将所述混合物A加入到充有指定保护气体的行星球磨机中，按照指定球磨工艺进行球磨，得到锂离子电池正极材料；优选的，所述固体的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF均为纳米材料。优选的，所述指定球磨工艺包括：磨球与所述混合物A的质量比为15:1～50:1所述行星球磨机的转速为100rpm～500rpm，球磨的时间为20h～40h。优选的，所述保护气体为干燥的惰性气体。优选的，所述惰性气体为氩气。优选的，所述混合物A由包括以下摩尔百分数的组分的混合物制得，以下各组分摩尔含量的总和为100％；其中LiO8％～12％，MnO8％～17％，NiO28％～32％，Co3O48％～12％，Nb2O518％～22％，LiF8％～12％。本专利技术还提供了一种锂离子正极材料，经过上述锂离子正极材料的制备方法制备得到。优选的，所述锂离子电池正极材料为无定形状态的粉末；所述锂离子正极材料的平均粒径范围为50μm～200μm，比表面积的范围为0.5m2/g～0.9m2/g。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括电池负极片、电池正极片和电解液，所述电池正极片包括上述的锂离子正极材料的制备方法制备得到的锂离子正极材料。优选的，所述电解液为LiPF6的有机溶液，所述电解液的摩尔浓度包括1mol/L；所述电池正极片由包括以下质量百分数的组分的混合物涂于铝箔上制得，以下各组分质量含量的总和为100％；所述锂离子电池正极材料88％～92％、所述导电剂3％～7％、所述粘结剂3％～7％；本专利技术的有益效果：通过Nb元素与F元素的掺杂，活化了Mn元素，可以使Mn元素参与氧化还原反应，增加了电池的容量和循环性能，且通过一锅球磨法制备的产品粒径更小，比表面积更大。附图说明图1本专利技术一实施例的一种锂离子电池正极材料的制备方法流程；图2本专利技术一实施例的一种锂离子电池正极材料的充放电容量；图3本专利技术一实施例的一种锂离子电池正极材料的循环性能图；图4本专利技术一实施例的一种锂离子电池正极材料的XRD衍射图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参照图1，本专利技术实施例提出的一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：S1：将固体的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF以一定比例混合均匀，得到混合物A；上述固体的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF均为纳米材料，混合物A中Mn与Nb的摩尔比为1:2.9～1:3.1，混合物A由包括以下摩尔百分数的组分的混合物制得，以下各组分摩尔含量的总和为100％；其中LiO8％～12％，MnO8％～17％，NiO28％～32％，Co3O48％～12％，Nb2O518％～22％，LiF8％～12％。S2：将混合物A放入充有指定保护气体的行星球磨机中，按照指定球磨工艺进行球磨，得到锂离子电池正极材料；指定球磨工艺包括：磨球与混合物A的质量比为15:1～50:1行星球磨机的转速为100rpm～500rpm，球磨的时间为20h～40h，保护气体为干燥的惰性气体，具体地，惰性气体为氩气。本实施例中，Nb掺杂降低Mn元素3d轨道能量，增强与O元素2p轨道的能级交盖区域。同时，使用F元素掺杂提高O元素2P轨道的能量，进一步增大与Mn元素3d轨道的能级交盖，通过Nb元素与F元素的掺杂改性，可以激发出高电压下Mn的电化学活性，进而提高了电池的容量，延长了电池的寿命，且在Mn与Nb的摩尔比为1:2.9～1:3.1时，Mn元素在Mn2+与Mn4+价态转变得到最大的活化程度，同时F元素的掺杂也可以大幅度提高O元素稳定性。本专利技术实施例还提供了一种锂离子电池正极材料，经过上述的锂离子正极材料制备方法得到，本实施例中的锂离子电池正极材料为无定形状态的粉末；锂离子正极材料的平均粒径范围为50μm～200μm，比表面积的范围为0.5m2/g～0.9m2/g。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括电池负极片、电池正极片和电解液，电池正极片至少包括上述锂离子电池正极材料制备方法得到的锂离子电池正极材料。本实施例中，还包括电池正极片和电解液；电池正极片由包括以下质量百分数的组分的混合物涂于铝箔上制得，以下各组分质量含量的总和为100％；锂离子电池正极材料88％～92％、导电剂3％～7％、粘结剂3％～7％；将锂离子电池正极材料均匀涂在铝箔上后干燥一定时间，制得电池正极片；电解液为LiPF6的有机溶液，电解液的摩尔浓度范围包括1mol/L。本实施例的锂离子正极材料的制备过程如下：将固体的纳米材料LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF按照以下摩尔百分数的组分的混合，以下各组分摩尔含量的总和为100％；其中LiO8％～12％，MnO8％～17％，NiO28％～32％，Co3O48％～12％，Nb2O518％～22％，LiF8％～12％。得到混合物A，混合物A中Mn与Nb的摩尔比为1:2.9～1:3.1；将混合物A放入充有干燥的氩气的行星球磨机中，按照磨球与混合物A的质量比为15:1～50:1行星球磨机的转速为100rpm～500rpm，球磨的时间为20h～40h，进行球磨，得到平均粒径范围为50μm～200μm，比表面积的范围为0.5m2/g～0.9m2/g的锂离子电池正极材料。实施例1将摩尔比为1:1:3:1:2:1的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF的固体混合均匀，得到混合物A，具体地，将2.3gLiO、21.6gMnO、7.4gNiO、8.0gCo3O4、13.3gNb2O5、2.6gLiF的纳米材料混合均匀。本实施例中，将混合物A装入150ml球磨罐中密封，使用行星球磨机进行2h～50h转速为500～550转/分钟的球磨，得到锂离子电池正极材料，具体地，锂离子电池正极材料中的有效成分的分子式为Li2Ni0.2Co0.2Mn0.6Nb0.2O2F，其余多余的成分为掺杂物质。具体地，掺杂物质可以用于补充有效成分中的物质中Li2Ni0.2Co0.2Mn0.6Nb0.2O2F的各类元素，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将固体的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF以一定比例混合均匀，得到混合物A，所述混合物A中Mn与Nb的摩尔比为1:2.9～1:3.1；将所述混合物A加入到充有指定保护气体的行星球磨机中，按照指定球磨工艺进行球磨，得到所述锂离子电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将固体的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF以一定比例混合均匀，得到混合物A，所述混合物A中Mn与Nb的摩尔比为1:2.9～1:3.1；将所述混合物A加入到充有指定保护气体的行星球磨机中，按照指定球磨工艺进行球磨，得到所述锂离子电池正极材料。2.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述固体的LiO，MnO，NiO，Co3O4，Nb2O5，LiF均为纳米材料。3.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述指定球磨工艺包括：磨球与所述混合物A的质量比为15:1～50:1所述行星球磨机的转速为100rpm～500rpm，球磨的时间为20h～40h。4.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述保护气体为干燥的惰性气体。5.如权利要求4所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。6.如权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合物A由包括以下摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子凡，张耀，李鲲，陈丹丹，
申请(专利权)人：欣旺达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44