模板法制备的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料，包括以下步骤：1）前驱体溶液制备、2）表面包覆改性、3）研磨过筛。本发明专利技术，其制备出的三元正极材料具有克容量高（≥180mAh/g），循环寿命好（1000次循环寿命保持率≥90%），倍率性能佳（10C/0.3C≥90%）及其吸液保液能力佳等特性。尤其适合于高能量密度锂离子电池领域。
【技术实现步骤摘要】
模板法制备Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料
本专利技术涉及一种锂离子材料及其锂离子电池领域，具体地说是一种通过模板法制备的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料及其应用于锂离子电池。
技术介绍
在锂离子电池中，高镍系的LiNixCoyM1-x-yO2(x≥0.6)正极活性物质材料被认为是能够取代LiCoO2的第二代绿色锂离子电池正极活性物质材料。如比较有代表性的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）和NCM系（主金属元素由Ni、Co和Mn组成的三元材料），NCM系产品如典型的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，作为LiNiO2、LiCoO2和LiMn2O4三种材料的类质同像固溶体，同时具备了LiNiO2高容量、LiCoO2良好循环性能、高电导率和LiMn2O4低成本高安全性等优点。但是高镍三元材料制备存在容量衰减快，为了解决高镍正极材料这一阳离子混排或循环性能问题，近年来，人们采取不同的方法制备了Li(NixCoyM1-x-y)O2(x≥0.6)正极材料，有共沉淀合成法、熔融盐法、溶胶一凝胶法、喷雾热分解法等，这些方法合成的高镍正极材料的电化学性能并不好，比如放电比容量偏低，循环性能差、倍率型能一般及其吸液能力一般，比如硕士论文（锂离子电池正极材料用球形和非球形Li(NixCoyMnz)O2的合成及性能研究，2012年6月）采用共沉淀法和二次干燥法合成制备出三元正极材料Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2，其材料存在克容量偏低、循环性能差、合成周期长等缺点，严重限制其材料的产业化应用。
技术实现思路
基于Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2合成过程周期长，克容量低，循环性能差等缺点，本专利技术目的是提供一种模板法制备的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料及其应用于锂离子电池，以缩短Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2的制备周期，控制材料形貌和粒径，提高材料的克容量、循环性能、倍率型能及其吸液保液能力。本专利技术的技术方案是通过以下方式实现的：模板法制备的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料，包括以下步骤：1）前驱体溶液制备、2）表面包覆改性、3）研磨过筛；其特征在于：1）、前驱体溶液制备：将分析纯的NiSO4·6H2O、COSO4·7H2O、MnCl2·4H2O按摩尔比为8：1：1添加到蒸馏水中搅拌均匀，添加适量的聚丙烯酞胺（PAM）溶液，在室温下搅拌（0.5~2）h，干燥后得到三元前驱体混合物A；2）、表面包覆改性：、将三元前驱体混合物A、NaH2PO2H2O溶于w1毫升二次蒸馏水并混合均匀，置于50℃恒温水浴槽中得到溶液B；同时将NiCl26H2O和NH4Cl加入w2毫升水中配制出溶液C；然后将溶液C缓慢滴加入前述恒温溶液B中，滴完后，在水浴中静置（1~3）小时，然后过滤、洗涤、真空干燥、得到镍包覆材料D；3）、研磨过筛：将镍包覆材料D用微波加热2~10min，研磨，过筛后得到前驱体；在马弗炉中，空气气氛下500℃预烧3h，750℃锻烧4h，自然冷却后研磨、过筛得到包覆有镍的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料。步骤1）中质量比为：(NiSO4·6H2O+COSO4·7H2O+MnCl2·4H2O)：PAM：二次蒸馏水=100：（2~8）：（200~900）。步骤2）中质量比为：三元前驱体混合物A：NaH2PO2H2O：NiCl26H2O：NH4Cl：W1：W2=100：1：（1~5）：（0.1~1）：（200~600）：（200~600）。上述步骤制备出的三元材料应用于锂离子电池。本专利技术，1、由于PAM模板的多重作用，即可以充分分散原材料，调控晶粒生长和提高体相导电性，同时又利用PAM静电作用，使原材料进行充分混合，降低反应活化能；同时，与微波加热技术相结合后，有利于晶核的形成，加热后期裂解成的碳可以有效地调控和控制材料的微观形貌及晶向结构，并改善材料的导电性能。2、Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2室温电导率低，因此以其作为锂离子电池正极活性物质制作正极浆料时，需加入一定量的超导石墨或乙炔黑作为导电剂，来增加正极的导电性，然而超导石墨或乙炔黑的密度远小于Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2材料,因此正极中加入超导石墨或乙炔黑后将会降低电池的体积比容量，而通过化学镀的方法在材料表面均匀地镀一层金属膜来提高材料的导电性及比容量，同时改善材料的表面性能。3、微波合成法是从材料内部对其材料整体进行加热，实现快速升温，大大缩短了合成时间，同时通过调节微波功率可控制粉末的物相结构，也较易实现工业化生产。附图说明图1、实施例1制备出的三元材料的SEM图。图2、实施例与对比例的循环曲线比较图。具体实施方式实施例1：模板法制备的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料，包括以下步骤：1、前驱体溶液制备：称取209.6克（0.8mol）NiSO4·6H2O、28.1克（0.1mol）COSO4·7H2O、19.8克（0.1mol）MnCl2·4H2O添加到600克蒸馏水中搅拌均匀，之后添加10.3克的聚丙烯酰胺(PAM)溶液，在室温下搅拌1h，干燥后得到三元前驱体混合物A；2、表面包覆改性：称取三元前驱体混合物A100克、NaH2PO2H2O1.0克溶于400毫升二次蒸馏水并混合均匀，并置于50℃恒温水浴槽中得到溶液B；同时称取2.24克NiCl26H2O和0.5克NH4Cl加入400毫升水中配制出溶液C；然后将溶液C缓慢滴加入前述恒温溶液B中，滴完后，在水浴中静置2小时，然后过滤、洗涤、真空干燥、得到镍包覆材料，记作Ni—NCM；3、将上述镍包覆材料用微波加热5min，研磨，过筛后得到前驱体。之后在马弗炉中，在空气气氛下500℃预烧3h，750℃锻烧4h，自然冷却后研磨、过筛得到包覆有镍的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料。实施例2：1、前驱体溶液制备：称取209.6克（0.8mol）NiSO4·6H2O、28.1克（0.1mol）COSO4·7H2O、19.8克（0.1mol）MnCl2·4H2O添加到200克蒸馏水中搅拌均匀，添加5.15克的聚丙烯酰胺（PAM）溶液，在室温下搅拌0.5h，干燥后得到三元前驱体混合物A；2、表面包覆改性：称取三元前驱体混合物A100克、NaH2PO2H2O1.0克溶于200毫升二次蒸馏水并混合均匀，并置于50℃恒温水浴槽中得到溶液B；同时称取1.34克NiCl26H2O和0.3克NH4Cl加入200毫升水中配制出溶液C；然后将溶液C缓慢滴加入前述恒温溶液B中，滴完后，在水浴中静置2小时，然后过滤、洗涤、真空干燥、得到镍包覆材料，记作Ni—NCM；3、将上述镍包覆材料用微波加热2min研磨，过筛后得到前驱体。之后在马弗炉中，在空气气氛下500℃预烧3h，750℃锻烧4h，自然冷却后研磨、过筛得到包覆有镍的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料。实施例3：1、前驱体溶液制备：称取209.6克（0.8mol）NiSO4·6H2O、28.1克（0.1mol）COSO4·7H2O、19.8克（0.1mol）MnCl2·4H2O添加本文档来自技高网...
【技术保护点】
模板法制备的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料，包括以下步骤： 1）前驱体溶液制备、2）表面包覆改性、3）研磨过筛；其特征在于：1）、前驱体溶液制备：将分析纯的NiSO4·6H2O、COSO4·7H2O、MnCl2·4H2O按摩尔比为8：1：1添加到蒸馏水中搅拌均匀，添加适量的聚丙烯酞胺（PAM）溶液，在室温下搅拌（0.5~2）h，干燥后得到三元前驱体混合物A；2）、表面包覆改性：将三元前驱体混合物A、NaH2PO2H2O溶于w1毫升二次蒸馏水并混合均匀，置于50℃恒温水浴槽中得到溶液B；同时将NiCl26H2O和NH4Cl加入w2毫升水中配制出溶液C；然后将溶液C缓慢滴加入前述恒温溶液B中，滴完后，在水浴中静置（1~3）小时，然后过滤、洗涤、真空干燥、得到镍包覆材料D；3）、研磨过筛：将镍包覆材料D用微波加热2~10min，研磨，过筛后得到前驱体；在马弗炉中，空气气氛下500℃预烧3h，750℃锻烧4h，自然冷却后研磨、过筛得到包覆有镍的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料。
【技术特征摘要】
1.模板法制备的包覆有镍的Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2三元材料的方法，包括以下步骤：1）前驱体溶液制备、2）表面包覆改性、3）研磨过筛；其特征在于：1）、前驱体溶液制备：将分析纯的NiSO4·6H2O、COSO4·7H2O、MnCl2·4H2O按摩尔比为8：1：1添加到蒸馏水中搅拌均匀，添加适量的聚丙烯酰胺PAM溶液，在室温下搅拌0.5~2h，干燥后得到三元前驱体混合物A；2）、表面包覆改性：将三元前驱体混合物A、NaH2PO2·H2O溶于W1毫升二次蒸馏水并混合均匀，置于50℃恒温水浴槽中得到溶液B；同时将NiCl2·6H2O和NH4Cl加入W2毫升水中配制出溶液C；然后将溶液C缓慢滴加入前述恒温溶液B中，滴完后，在水浴中静置1~3小时，然后过滤、洗涤、真空干燥、得到镍包覆材料D；3）、研磨过筛：将镍包覆材料D用微波加热2...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁建民，
申请(专利权)人：江苏乐能电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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