锂离子电池电极改性材料、其制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池电极改性材料，由富锂材料(Li[Li(1‑x‑2y)/3NixCoyMn(2‑2x‑y)/3]O2；0.1≤x≤0.18，0.05≤y≤0.14)和三元材料(LiNi1‑w‑zMnwCozO2；0.1≤w≤0.33，0.1≤z≤0.33)组成；所述富锂材料和三元材料均匀分散。这种电极改性材料比容量较高，由其制得的锂离子电池具有较优的循环性能。本发明专利技术通过简单的前驱体混合及加锂，获得一种新的电极改性材料，通过改变锂含量就可以调控电极改性材料的性能，得到的电极改性材料比容量较高，由其制得的锂离子电池具有较优的循环性能。同时，制备过程简单，工艺成熟，可控性高，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池电极改性材料、其制备方法及锂离子电池。
技术介绍
随着电动车和电网蓄能的广泛应用，下一代锂离子动力电池除了满足安全、环保、低成本和长寿命等基本条件，更重要的性能指标是高能量密度和快速度放电能力。比如：美、日等国对下一代锂离子动力电池的能量密度要求达到了300Wh/kg，是目前正在发展的磷酸铁锂动力电池能量密度的2倍以上。电池的能量密度主要取决于电极材料的能量密度，因此，要提高电池的能量密度必然要求电极材料的能量密度有大幅度的提高。而提高电极材料的能量密度有2个途径：一是提高材料的比容量，即单位重量或单位体积材料中的电量存储能力；二是提高材料的工作电压。目前，已经开发出来的锂离子电池正极材料主要包括：钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMnO2)、尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)、橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)、镍钴酸锂(LiNixCo1-xO2)、镍钴锰酸锂(LiNixCoyMnzO2)等，这些材料的比容量均在200mAh/g以下。结构通式为xLiMnO3·(1-x)LiMO2(其中：M为NixCoyMnz、NixMny等过渡金属元素)的富锂锰基正极材料大量使用了Mn元素，其比容量≥250mAh/g，是目前所使用正极材料的实际容量的2倍。同时，材料中大量使用Mn元素还可以降低价格，安全性好、环保，因此成为了下一代锂离子电池正极材料的理想之选。而对于富锂锰基材料来说，在首次循环过程中，由于Li+从过渡金属层脱出后并不能可逆的回到其初始位点，导致了材料的结构发生改变，从而产生电压衰减，即能量密度下降。同时，材料的充放电电压区间比较大，加之富锂锰基材料的热稳定性差，在循环过程中，容易引发电极材料表面与电解液发生副反应，进而影响材料的循环性能。公开号为CN105336932A和CN102394259A的中国专利分别公开了一种改性方法，来增强富锂锰基正极材料的循环性能，同时，缓解过充问题。但这两种方法均显著降低了富锂锰基正极材料的比容量，并不利于锂离子电池能量密度的提高，循环性能不理想。而且，这两种方法中均需要采用溶胶凝胶方法将镍钴锰酸锂与富锂材料组合在一起，得到的复合材料是两种相互分离的材料组合在一起，并不具有可调控性，且制备工艺复杂，成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池电极改性材料、其制备方法及锂离子电池，本专利技术公开的电极改性材料的比容量较高，由这种电极改性材料制得的锂离子电池具有较优的循环性能。本专利技术提供了一种锂离子电池电极改性材料，所述锂离子电池电极改性材料由富锂材料和三元材料组成；所述富锂材料的通式为Li[Li(1-x-2y)/3NixCoyMn(2-2x-y)/3]O2；所述三元材料的通式为LiNi1-w-zMnwCozO2；其中，0.1≤x≤0.18，0.05≤y≤0.14，0.1≤w≤0.33，0.1≤z≤0.33；所述富锂材料和三元材料均匀分散。优选的，所述富锂材料的摩尔百分比为70％～95％；所述三元材料的摩尔百分比为5％～30％。本专利技术提供了一种锂离子电池电极改性材料的制备方法，包括以下步骤：A)将镍盐、钴盐和锰盐与水混合后，加入络合剂和沉淀剂，加热得到富锂材料前驱体；B)将富锂材料前驱体、三元材料前驱体和锂盐混合均匀，烧结后得到锂离子电池电极改性材料。优选的，所述镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为0.1～0.18：0.05～0.14：0.525～0.65。优选的，所述络合剂为氨水、尿素、蔗糖、柠檬酸和EDTA中的一种或几种；所述沉淀剂为碳酸钠、氨水、尿素和碳酸氢钠中的一种或几种。优选的，步骤A)中，所述加热的温度为45～60℃；所述加热的时间为10～36h。优选的，步骤B)中，所述三元材料前驱体的通式为NiaMnbCoc(OH)2；其中，0.33≤a≤0.80，0.1≤b≤0.33，0.1≤c≤0.33。优选的，步骤B)中，所述三元材料前驱体与所述富锂材料前驱体的摩尔比为5～30：70～95。优选的，步骤B)中，所述烧结为：先在第一温度下进行第一段烧结，再在第二温度下进行第二段烧结；所述第一温度为400～600℃；所述第一段烧结的时间为120～480min；所述第二温度为600～1000℃；所述第二段烧结的时间为600～1200min。本专利技术还提供了一种锂离子电池，正极包括上述锂离子电池电极改性材料或上述制备方法制备的锂离子电池电极改性材料。本专利技术提供了一种锂离子电池电极改性材料，所述锂离子电池电极改性材料由富锂材料和三元材料组成；所述富锂材料的通式为Li[Li(1-x-2y)/3NixCoyMn(2-2x-y)/3]O2；所述三元材料的通式为LiNi1-w-zMnwCozO2；其中，0.1≤x≤0.18，0.05≤y≤0.14，0.1≤w≤0.33，0.1≤z≤0.33；所述富锂材料和三元材料均匀分散。与现有技术相比，本专利技术公开的电极改性材料的比容量较高，由这种电极改性材料制得的锂离子电池具有较优的循环性能。本专利技术还提供了一种锂离子电池电极改性材料的制备方法，包括以下步骤：A)将镍盐、钴盐和锰盐与水混合后，加入络合剂和沉淀剂，加热得到富锂材料前驱体；B)将富锂材料前驱体、三元材料前驱体和锂盐混合均匀，烧结后得到锂离子电池电极改性材料。与现有技术中公开的技术方案相比，本专利技术通过简单的前驱体混合及加锂，获得一种新的电极改性材料，通过改变锂含量就可以调控电极改性材料的性能，得到的电极改性材料的比容量较高，由这种电极改性材料制得的锂离子电池具有较优的循环性能。同时，制备过程简单，工艺成熟，可控性高，成本低。实验结果表明，本专利技术提供的锂离子电池电极改性材料制备的半电池首次放电比容量均不低于250mAh/g，循环充放电40次后，容量保持率不低于89.4％，库伦效率不低于99.0％，具有较好的循环性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的富锂材料前驱体的SEM图；图2为本专利技术实施例1制备的锂离子电池电极改性材料的SEM图；图3为本专利技术实施例1制备的半电池的循环性能曲线和库伦效率曲线图；图4为本专利技术实施例1制备的半电池在循环中的放电中压曲线图；图5为本专利技术实施例1制备的半电池在不同倍率下的充放电循环性能曲线图；图6为本专利技术对比例1制备的半电池的循环性能曲线和库伦效率曲线图；图7为本专利技术对比例2制备的半电池的循环性能曲线和库伦效率曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种锂离子电池电极改性材料，所述锂离子电池电极改性材料由富锂材料和三元材料组成；所述富锂材料的通式为Li[Li(1-x-2y)/3NixCoyMn(2-2x-y)/3]O2；所述三元材料的通式为LiNi1-w-zMnwCozO2；其中，0.1≤x≤0.18，0.05≤y≤0.14，0.1≤w≤0.33，0.1≤z≤0.33；所述富锂材料和三元材料均匀分散。其中，0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池电极改性材料，其特征在于，所述锂离子电池电极改性材料由富锂材料和三元材料组成；所述富锂材料的通式为Li[Li(1‑x‑2y)/3NixCoyMn(2‑2x‑y)/3]O2；所述三元材料的通式为LiNi1‑w‑zMnwCozO2；其中，0.1≤x≤0.18，0.05≤y≤0.14，0.1≤w≤0.33，0.1≤z≤0.33；所述富锂材料和三元材料均匀分散。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电极改性材料，其特征在于，所述锂离子电池电极改性材料由富锂材料和三元材料组成；所述富锂材料的通式为Li[Li(1-x-2y)/3NixCoyMn(2-2x-y)/3]O2；所述三元材料的通式为LiNi1-w-zMnwCozO2；其中，0.1≤x≤0.18，0.05≤y≤0.14，0.1≤w≤0.33，0.1≤z≤0.33；所述富锂材料和三元材料均匀分散。2.根据权利要求1所述的锂离子电池电极改性材料，其特征在于，所述富锂材料的摩尔百分比为70％～95％；所述三元材料的摩尔百分比为5％～30％。3.一种锂离子电池电极改性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将镍盐、钴盐和锰盐与水混合后，加入络合剂和沉淀剂，加热得到富锂材料前驱体；B)将富锂材料前驱体、三元材料前驱体和锂盐混合均匀，烧结后得到锂离子电池电极改性材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐、钴盐和锰盐的摩尔比为0.1～0.18：0.05～0.14：0.525～0.65。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂为氨水、尿素、蔗糖、柠...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾凯，邱报，夏永高，刘兆平，郭皓诚，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33