一种大容量锂离子电池复合正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种大容量锂离子电池复合正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备钴镍活性材料，（2）制备导电聚合物，（3）制备复合正极材料。本发明专利技术制备的复合正极材料，采用具有高镍含量的镍钴锂材料作为正极材料的主要活性物质，使得材料的能量密度处于较高的程度，然后再复合进去具有高能量密度和良好导电性能的硫化聚(苯胺-吡咯)的导电聚合物，最终得到大容量以及循环稳定性良好的正极材料。该复合材料在用于锂离子电池时，具有大容量和长使用寿命的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种大容量锂离子电池复合正极材料的制备方法
本专利技术涉一种大容量锂离子电池复合正极材料的制备方法。
技术介绍
近几十年来，随着电池工业的迅速发展，二次电池的比能量也在不断提高，从铅酸电池的30～40Wh/kg，镍镉电池的40～50Wh/kg，镍氢电池的60～80Wh/kg，发展到二十世纪九十年代商品化的锂离子电池达到100～130Wh/kg，现已达到200Wh/kg。随着人们对高能量密度电源的渴求，迫切需要廉价、安全、环保及高性能的二次电池的开发与应用。目前，锂离子蓄电池因其具有高比能量、高比功率和高温性能好的特点，已普遍受到人们欢迎。而限制锂离子电池比容量提高的关键是正极材料的比容量过低，而大幅度提高正极材料的比容量困难较大，因而对于电池正极材料的研究是提高锂二次电池电化学性能的一个很重要的方面。而且受理论比容量的限制，进一步提高其比容量是不现实的，开发具有高容量和良好可逆性的正极原材料就显得尤为关键和迫切。
技术实现思路
本专利技术提供一种大容量锂离子电池复合正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，具有大的能量密度以及循环稳定性。为了实现上述目的，本专利技术提供一种大容量锂离子电池复合正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备钴镍活性材料该钴镍活性材料的化学式为Li1.02Ni1-x-yCoxNbyO2，其中：x=0.22-0.24，y=0.05-0.10；采用固相烧结法制备上述活性材料Li1.02Ni1-x-yCoxNbyO2：将碳酸锂、氢氧化镍、氢氧化钴和氢氧化铌按照Li：Ni：Co：Nb的摩尔比=1.02:1-x-y：x：y球磨混合充分后放在管式炉中，在氧气气氛下，在700-750℃下焙烧8-10h，自然降温至室温，球磨过筛，制得活性材料Li1.02Ni1-x-yCoxNbyO2；（2）制备导电聚合物将聚(苯胺-吡咯)粉末、纯度高于99%的硫粉和无水丙酮加入球磨机球以300-400r/min的转速球磨20-30min后，得到混合原料，其中聚(苯胺-吡咯)粉末、硫粉和丙酮的质量比为：10:1-3:10-15；将得到的混合原料装入管式炉中，向玻璃舟通入氩气排除空气，并在氩气保护气氛下以5-10℃/min的升温速率加热到160-180℃，并在该温度下保温3-4h，然后以15-20℃/min的升温速率加热到250-280℃，并在该温度下保温2-3h后，制得硫化聚(苯胺-吡咯)的导电聚合物；（3）制备复合正极材料将上述活性材料、上述导电聚合物、乙炔黑和PVDF按照质量比100:15-20:3-5:20-25混合后，放入球磨机球磨1-2h后，得到本专利技术的复合正极材料。本专利技术制备的复合正极材料，采用具有高镍含量的镍钴锂材料作为正极材料的主要活性物质，使得材料的能量密度处于较高的程度，然后再复合进去具有高能量密度和良好导电性能的硫化聚(苯胺-吡咯)的导电聚合物，最终得到大容量以及循环稳定性良好的正极材料。该复合材料在用于锂离子电池时，具有大容量和长使用寿命的特点。具体实施方式实施例一采用固相烧结法制备上述活性材料Li1.02Ni0.73Co0.22Nb0.05O2。将碳酸锂、氢氧化镍、氢氧化钴和氢氧化铌按照Li：Ni：Co：Nb的摩尔比=1.02:0.73：0.22：0.05球磨混合充分后放在管式炉中，在氧气气氛下，在700℃下焙烧10h，自然降温至室温，球磨过筛，制得活性材料Li1.02Ni0.73Co0.22Nb0.05O2；将聚(苯胺-吡咯)粉末、纯度高于99%的硫粉和无水丙酮加入球磨机球以300r/min的转速球磨30min后，得到混合原料，其中聚(苯胺-吡咯)粉末、硫粉和丙酮的质量比为：10:1:10。将得到的混合原料装入管式炉中，向玻璃舟通入氩气排除空气，并在氩气保护气氛下以5℃/min的升温速率加热到160℃，并在该温度下保温4h，然后以15℃/min的升温速率加热到250℃，并在该温度下保温3h后，制得硫化聚(苯胺-吡咯)的导电聚合物。将上述活性材料、上述导电聚合物、乙炔黑和PVDF按照质量比100:15:3:20混合后，放入球磨机球磨1h后，得到本专利技术的复合正极材料。实施例二采用固相烧结法制备上述活性材料Li1.02Ni0.66Co0.24Nb0.1O2。将碳酸锂、氢氧化镍、氢氧化钴和氢氧化铌按照Li：Ni：Co：Nb的摩尔比=1.02:0.66：0.24：0.1球磨混合充分后放在管式炉中，在氧气气氛下，在700-750℃下焙烧8-10h，自然降温至室温，球磨过筛，制得活性材料Li1.02Ni0.66Co0.24Nb0.1O2；将聚(苯胺-吡咯)粉末、纯度高于99%的硫粉和无水丙酮加入球磨机球以400r/min的转速球磨20min后，得到混合原料，其中聚(苯胺-吡咯)粉末、硫粉和丙酮的质量比为：10:3:15。将得到的混合原料装入管式炉中，向玻璃舟通入氩气排除空气，并在氩气保护气氛下以10℃/min的升温速率加热到180℃，并在该温度下保温3h，然后以20℃/min的升温速率加热到280℃，并在该温度下保温2h后，制得硫化聚(苯胺-吡咯)的导电聚合物。将上述活性材料、上述导电聚合物、乙炔黑和PVDF按照质量比100:20:5:25混合后，放入球磨机球磨2h后，得到本专利技术的复合正极材料。比较例将4.064gFe2（SO4）3·9H2O、5.516gLiNO3溶解在10mL去离子水，搅拌约4h，然后向上述溶液中逐滴滴加浓度为0.08mol的NH4H2PO4水溶液10mL，得到溶胶。同时，向该溶胶中加入15.8536g乙炔黑。，在恒温50℃的条件下，向该溶胶中逐滴滴加2mL环氧丙烷，控制溶胶的pH值随时间的变化率（pH/min）为2~2.4，得到各前驱物组分均匀分散的果冻状的凝胶。将该凝胶老化1h，然后在200℃干燥1h，得到LiFePO4初产品。最后，在Ar/H2混合气中（H2的体积分数为10%），800℃煅烧LiFePO4初产品0.5h得到终产物LiFePO4/C。将制备的LiFePO4/C用作锂离子电池正极材料，与乙炔黑、PVDF按照质量比75:15:10的比例混合得到复合正极材料。将上述实施例一、二以及比较例所得产物分别涂覆在铜箔上，以金属锂片为对极，以锂片为对电极，Celgard2340聚丙烯膜为隔膜，1MLiPF6/EC+DMC(EC:DMC=1:1)为电解液，在充满氩气的手套箱中组装成纽扣电池。在测试温度为20℃的环境下进行电性能测试，经测试该实施例一和二的材料与比较例的产物相比，首次比容量提高了35-40%，使用寿命提高到60%以上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大容量锂离子电池复合正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备钴镍活性材料该钴镍活性材料的化学式为Li1.02Ni1‑x‑yCoxNbyO2，其中： x=0.22‑0.24，y=0.05‑0.10；采用固相烧结法制备上述活性材料Li1.02Ni1‑x‑yCoxNbyO2：将碳酸锂、氢氧化镍、氢氧化钴和氢氧化铌按照Li：Ni：Co：Nb的摩尔比=1.02:1‑x‑y：x：y球磨混合充分后放在管式炉中，在氧气气氛下，在700‑750℃下焙烧8‑10h，自然降温至室温，球磨过筛，制得活性材料Li1.02Ni1‑x‑yCoxNbyO2；（2）制备导电聚合物将聚(苯胺‑吡咯)粉末、纯度高于99%的硫粉和无水丙酮加入球磨机球以300‑400r/min的转素养磨20‑30min后，得到混合原料，其中聚(苯胺‑吡咯)粉末、硫粉和丙酮的质量比为：10:1‑3:10‑15；将得到的混合原料装入管式炉中，向玻璃舟通入氩气排除空气，并在氩气保护气氛下以5‑10℃/min的升温速率加热到160‑180℃，并在该温度下保温3‑4h，然后以15‑20℃/min的升温速率加热到250‑280℃，并在该温度下保温2‑3h后，制得硫化聚(苯胺‑吡咯)的导电聚合物；（3）制备复合正极材料将上述正极活性材料、上述导电聚合物、乙炔黑和PVDF按照质量比100:15‑20:3‑5:20‑25混合后，放入球磨机球磨1‑2h后，得到本专利技术的复合正极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种大容量锂离子电池复合正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：（1）制备钴镍活性材料该钴镍活性材料的化学式为Li1.02Ni1-x-yCoxNbyO2，其中：x=0.22-0.24，y=0.05-0.10；采用固相烧结法制备上述活性材料Li1.02Ni1-x-yCoxNbyO2：将碳酸锂、氢氧化镍、氢氧化钴和氢氧化铌按照Li：Ni：Co：Nb的摩尔比=1.02:1-x-y：x：y球磨混合充分后放在管式炉中，在氧气气氛下，在700-750℃下焙烧8-10h，自然降温至室温，球磨过筛，制得活性材料Li1.02Ni1-x-yCoxNbyO2；（2）制备导电聚合物将聚(苯胺-吡咯)粉末、纯度高于99%的硫粉和无水...

【专利技术属性】
技术研发人员：高淑萍，
申请(专利权)人：高淑萍，
类型：发明
国别省市：山东;37