一种锂离子电池正极富锂材料的改性方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池正极富锂材料的改性方法，通过在制备前躯体过程中就进行了元素掺杂，再对掺杂的前躯体进行包覆物前躯体的包覆，通过高温煅烧后得到包覆钛酸锂的掺杂富锂锰基材料。集包覆改性和掺杂改性于一体，克服了传统的改性方法只能单方面改善富锂正极材料的倍率性能或循环性能，而且还会较大幅度的影响材料的放电比容量的缺点，提供了一种对富锂材料进行改性的方法，使得使改性后的材料既具有高的放电容量和库仑效率，又具有良好的循环容量保持率和倍率特性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极富锂材料的改性方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料制备与改性，具体涉及一种锂离子电池正极富锂材料的改性方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种新型的高能蓄电池具有能量密度高、使用寿命长、循环性能好且无记忆效应等优点，被广泛用于手机、数码相机等电子设备中。电池正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，它决定了锂离子电池许多关键性能。在目前商用的锂离子电池正极材料中，钴酸锂占据着主要的市场，但由于Co资源稀缺、价格昂贵且安全性能差、有毒性较大而严重影响和制约了锂离子电池及其正极材料的发展。一般的锂离子电池的正极材料也越来越不能满足人们的要求。层状富锂正极xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M＝Co，Ni0.5Mn0.5，Cr，Ni1/3Co1/3Mn1/3,Fe……)是一种α―NaFeO2型固溶体材料，由层状的Li2MnO3和LiMO2(M＝Co，Ni0.5Mn0.5，Cr，Ni1/3Co1/3Mn1/3,Fe……)形成，该材料以其特有的高比容量(200-300mA/g)成为当今锂离子电池正极材料的研究热点。虽然富锂材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M＝Co，Ni0.5Mn0.5，Cr，Ni1/3Co1/3Mn1/3,Fe……)具有极高的比容量，但材料本征的电子电导率和离子电导率差，以及可能出现Mn的溶解及Jahn-Teller效应，将导致首次库伦效率低、倍率性能差和循环性能差。CN10156562245A报道了一种MnO2对富锂正极材料进行表面包覆，改善了首次不可逆容量和高倍率下的循环性能，但小电流下放电容量较低。US7678503B2报道了一种采用氧化物对富锂正极材料表面进行包覆的方法，提高了材料的首次放电容量及库伦效率，但包覆对于高倍率下材料的电化学性能改善不明显。CN103606673A报道了一种采用快离子导体Li4Ti5O12对富锂材料进行包覆，提高了首次放电容量和倍率性能，而未对循环性能进行改善。传统的包覆改性方法只能单方面改善富锂正极材料的倍率性能或循环性能，而且还会较大幅度的影响材料的放电比容量。因此寻找一种富锂正极材料的改性方法，使改性后的材料既具有高的放电容量和库仑效率，又具有良好的循环容量保持率和倍率特性，是目前研究的一个重要方向。综上所述，现有技术中存在如下技术问题：虽然富锂材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M＝Co，Ni0.5Mn0.5，Cr，Ni1/3Co1/3Mn1/3,Fe……)具有极高的比容量，但材料本征的电子电导率和离子电导率差，以及可能出现Mn的溶解及Jahn-Teller效应，将导致首次库伦效率低、倍率性能差和循环性能差。传统的包覆改性方法只能单方面改善富锂正极材料的倍率性能或循环性能，而且还会较大幅度的影响材料的放电比容量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池富锂正极材料(Li1.5Ni0.25Mn0.75O2.5)的改性方法，克服传统的改性方法只能改善材料单方面性能的缺点，使用该改性方法制备的电池正极材料具有高的库伦效率、高比容量、良好的倍率性能和优异的循环寿命。通过在制备前躯体过程中就进行了元素掺杂，再对掺杂的前躯体进行包覆物前躯体的包覆，通过高温煅烧后得到包覆钛酸锂的掺杂富锂锰基材料。具体技术方案如下：一种锂离子电池正极富锂材料的改性方法，包括如下步骤：(1)制备前驱体，并同时进行元素掺杂；(2)对掺杂元素后的前驱体进行包覆；(3)对步骤(2)的产品进行高温煅烧；(4)得到包覆钛酸锂的掺杂富锂锰基材料。进一步地，步骤(1)中具体包括如下步骤：(1-1)将镍盐、锰盐和M盐按照摩尔比0.25-x：0.75-x：2x加入到水溶液中，配制成混合溶液；(1-2)搅拌混合溶液；(1-3)加入沉淀剂；(1-4)得到固体，即含Ni、Mn、M的三元复合物。进一步地，步骤(2)中包括步骤(2-1)：将步骤(1-4)所得的三元复合物超声分散于无水乙醇中。进一步地，步骤(2)中还包括步骤：(2-2)将一定量钛盐溶解于无水乙醇中；(2-3)将步骤(2-2)产物加入到上述前躯体悬浊液中；(2-4)对步骤(2-3)产物搅拌；(2-5)将水/乙醇溶液加入到步骤(2-4)产物溶液中；(2-6)继续搅拌；(2-7)离心；(2-8)得到包覆不同质量分数二氧化钛的三元复合物。进一步地，步骤(3)中具体包括如下步骤：(3-1)将一定量锂盐与步骤(2)所得复合物充分混合；(3-2)进行第一次烧结；(3-3)在高温下第二次烧结；(3-4)一定时间后，得到包覆不同质量分数Li4Ti5O12的Li1.5Ni0.25-xMn0.75-xM2xO2.5材料。进一步地，步骤(2-2)中钛盐用量根据最终包覆物的质量分数；和/或，步骤(2-4)和(2-6)均搅拌3-5h；和/或，步骤(2-7)中乙醇洗涤。进一步地，步骤(3-2)和(3-3)中升温速率2～10℃/min。进一步地，x值为：0.004≤x≤0.02。进一步地，M盐为铬盐，所述的铬盐为硝酸铬、硫酸铬、氯化铬中的一种或几个；或，M盐为钴盐，所述钴盐为硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种；和/或，镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、醋酸镍中的一种或几种；和/或，锰盐为硝酸锰、硫酸锰、氯化锰、醋酸锰中的一种或几种；和/或，钛盐为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、四氯化钛中的一种或几种；和/或，锂盐为碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的一种或几种。进一步地，步骤(1-3)中，沉淀剂为NaOH溶液、KOH溶液、Na2CO3溶液、K2CO3溶液中的任意一种；和/或，步骤(2-5)中，水/乙醇溶液中水与乙醇的体积比为1:2～1:8，总体积30ml；和/或，步骤(3-2)中，第一次烧结温度为450～550℃，烧结时间5～10h；第二次烧结温度为850～1000℃，烧结时间为10～20h；和/或，步骤(3-4)中，所述不同质量分数包括5％、10％、15％、20％。与目前现有技术相比，本专利技术首先通过在制备前躯体过程中就进行了元素掺杂，再对掺杂的前躯体进行包覆，通过高温煅烧后得到包覆钛酸锂的掺杂富锂锰基材料，集包覆改性和掺杂改性于一体，克服了传统的改性方法只能单方面改善富锂正极材料的倍率性能或循环性能，而且还会较大幅度的影响材料的放电比容量的缺点，提供了一种对富锂材料进行改性的方法，使得使改性后的材料既具有高的放电容量和库仑效率，又具有良好的循环容量保持率和倍率特性。附图说明图1为材料的SEM图。图2为0.5C循环200次电化学性能图。具体实施方式下面根据附图对本专利技术进行详细描述，其为本专利技术多种实施方式中的一种优选实施例。一种富锂正极材料的改性方法，包括如下步骤：(1)将镍盐、锰盐和M盐按照摩尔比0.25-x：0.75-x：2x加入到水溶液中，配制成混合溶液，搅拌一段时间后，加入沉淀剂得到固体即含Ni、Mn、M的三元复合物；(2)将步骤(1)所得的三元复合物超声分散于无水乙醇中。根据最终包覆物的质量分数，将一定量钛盐溶解于无水乙醇中，缓慢加入到上述前躯体悬浊液中，搅拌3-5h。将水/乙醇溶液加入到上述溶液中，继续搅拌3-5h，离心，乙醇洗涤，得到包覆不同质量分数二氧化钛的三元复合物。(3)将一定量锂盐与步骤(2)所得复合物充分混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极富锂材料的改性方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备前驱体，并同时进行元素掺杂；(2)对掺杂元素后的前驱体进行包覆；(3)对步骤(2)的产品进行高温煅烧；(4)得到包覆钛酸锂的掺杂富锂锰基材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极富锂材料的改性方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备前驱体，并同时进行元素掺杂，包括：(1-1)将镍盐、锰盐和M盐按照摩尔比0.25-x：0.75-x：2x加入到水溶液中，配制成混合溶液，M盐为铬盐，所述的铬盐为硝酸铬、硫酸铬、氯化铬的混合物；(1-2)搅拌混合溶液；(1-3)加入沉淀剂；(1-4)得到固体，即含Ni、Mn、M的三元复合物；(2)对掺杂元素后的前驱体进行包覆，包括：(2-1)将步骤(1-4)所得的三元复合物超声分散于无水乙醇中；(2-2)将一定量钛盐溶解于无水乙醇中；(2-3)将步骤(2-2)产物加入到步骤(2-1)所得悬浊液中；(2-4)对步骤(2-3)产物搅拌；(2-5)将水/乙醇溶液加入到步骤(2-4)产物溶液中；(2-6)继续搅拌；(2-7)离心；(2-8)得到包覆二氧化钛的三元复合物；(3)对步骤(2)的产品进行高温煅烧，包括：(3-1)将一定量锂盐与步骤(2)所得复合物充分混合；(3-2)进行第一次烧结；(3-3)在高温下第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅周盛，刘三兵，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34