一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法技术

一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法，属于化学电源材料及制备方法，解决现有富锂锰基材料包覆层不具有电化学活性的问题，并提供制备包覆层的新途径，从而克服富锂锰基材料副反应造成比容量和首周库仑效率降低的问题。本发明专利技术的复合正极材料，由富锂锰基材料及其外包裹的FeF

Lithium ion battery composite positive electrode material and preparation method thereof

A composite anode material for lithium ion battery and a preparation method thereof, belonging to the chemical power source material and a preparation method thereof, to solve the existing rich lithium manganese base material coating layer has no electrochemical activity, and provides a new approach for the preparation of the coating layer, so as to overcome the side effects of lithium manganese rich base material caused by the specific capacity and the first week of coulomb efficiency issues. The composite cathode material of the invention consists of a lithium rich manganese based material and an FeF wrapped outside thereof

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池电极材料及制备方法，具体涉及一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法。
技术介绍
富锂锰基体系材料是具有通式xLi2MnO3·(1-x)LiMO2或Li[LixM1-x]O2(其中，M＝Ni、Co、Mn、Fe、Al等，0＜x＜1)的层状化合物及其掺杂衍生物，是目前最具比容量、成本、环保等优势的锂离子电池正极材料，被认为是最有希望成为下一代高比能量锂离子电池的正极材料。富锂锰基材料可以实现较高的首周放电比容量(>250mAh/g)，然而其首周库仑效率较低。首周库仑效率是锂离子电池实际应用中的重要参数，若正负电极材料效率不匹配，在应用过程中会造成电池的容量损失，从而降低整个体系的比能量。因此，提高富锂锰基材料首周库仑效率是该材料实用化过程中一个急需解决的重要课题。造成富锂锰基材料首周效率偏低的原因是由于，富锂锰基层状正极材料充电至高电位时易与电解液发生一系列复杂的界面反应导致电解液分解，同时在高电位下还存在不可逆的活化过程，从而使其容量和循环性能降低。通过对富锂锰基材料表面进行包覆改性，可以稳定材料表面结构，从而改善正极材料性能。传统的包覆层化合物主要有Al2O3、TiO2等氧化物，AlPO4、CoPO4等磷酸盐，以及AlF3、LiF等氟化物。但这些包覆层不具有电化学活性，仅能起到物理隔离和HF清除剂的作用，避免电解液与电极材料直接接触，抑制副反应，防止电解液中HF等物质腐蚀电极表面，这些包覆层本身无法为电极材料提供额外比容量。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂离子电池复合正极材料，同时提供其制备方法，解决现有富锂锰基材料包覆层不具有电化学活性的问题，并提供制备包覆层的新途径，从而克服富锂锰基层状正极材料由于电解液界面反应及不可逆活化反应造成的比容量和首周库仑效率降低的问题。本专利技术所提供的一种锂离子电池复合正极材料，由富锂锰基材料及其外所包裹的包覆层构成，其特征在于：所述包覆层为FeF3包覆层。本专利技术所提供的锂离子电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入到正己醇中，加热搅拌得到无色澄清溶液；十六烷基三甲基溴化铵与正己醇的质量比为1:1～1:10；(2)将所述无色澄清溶液平均分成三份，分别加入Fe(NO3)3水溶液、NH4F水溶液和富锂锰基材料的水相悬浊液，分别搅拌得到两种反胶束溶液和一种反胶束悬浊液；所述Fe(NO3)3水溶液、NH4F水溶液以及富锂锰基材料的水相悬浊液中水溶剂的质量相等，每份水溶液或水相悬浊液中的水溶剂与无色澄清溶液中正己醇的质量比为1:3～1:50；(3)将所述两种反胶束溶液和一种反胶束悬浊液混合后充分搅拌，静置分层，留取下层水层及固体物质，离心分离去掉清液，并用乙醇洗涤固体物质，反复进行离心分离和乙醇洗涤3～5次后，最后离心分离得到固体产物；(4)将所述固体产物在烘箱中抽真空状态下烘干，得到FeF3包覆的富锂锰基材料，作为锂离子电池复合正极材料。所述步骤(1)中，所述加热搅拌是在30℃～50℃的温度搅拌1h～5h；所述步骤(2)中，所述Fe(NO3)3和NH4F的物质的量的比例为1:3，所述Fe(NO3)3与富锂锰基材料的物质的量的比例为1:5～1:100，所述搅拌时间为1h～5h；所述步骤(3)中，所述搅拌时间为1h～5h；所述步骤(4)中，所述烘干温度为150℃～250℃，烘干时间为10h～24h。本专利技术所获得的复合材料中，FeF3材料本身具有电化学活性，在充放电电位窗口范围内，可以为复合材料提供额外的比容量，同时兼具传统包覆层的优点，从而制得具有较高首次库仑效率和比容量的复合材料，弥补了富锂锰基本体材料的电化学性能缺陷，可以用做锂离子电池正极材料。本专利技术的制备方法提供了一种材料包覆的有效途径，能使FeF3纳米层均匀分散在富锂锰基本体材料表面，获得均匀的包覆层；FeF3具有电化学活性，不仅能起到物理隔离和HF清除剂的作用，避免电解液与电极材料直接接触，抑制副反应，防止电解液中HF等物质腐蚀电极表面，而且能够为电极材料提供额外比容量。附图说明图1为本专利技术所提供的制备方法流程示意图；图2为实施例一所制备的锂离子电池复合正极材料的首周充放电曲线。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术进一步详细说明。实施例一，如图1所示，包括以下步骤：(1)将37.5g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入到225g正己醇中，在40℃的温度搅拌2h，得到无色澄清溶液；(CTAB与正己醇的质量比为1:6)(2)将所述无色澄清溶液平均分成三份，分别加入Fe(NO3)3水溶液、NH4F水溶液和富锂锰基材料的水相悬浊液，分别搅拌得到两种反胶束溶液和一种反胶束悬浊液；所述Fe(NO3)3水溶液、NH4F水溶液以及富锂锰基材料的水相悬浊液中水溶剂的质量相等，均为12.5mL；每份水溶液或水相悬浊液中的水溶剂与无色澄清溶液中正己醇的质量比为1:6；所述Fe(NO3)3和NH4F的物质的量的比例为1:3，所述Fe(NO3)3与富锂锰基材料的物质的量的比例为1:25，(0.2020gFe(NO3)3·9H2O、0.0556gNH4F、1.0720g富锂锰基材料)，所述搅拌时间为2h；(3)将所述两种反胶束溶液和一种反胶束悬浊液混合后充分搅拌，搅拌时间为2h，静置分层，留取下层水层及固体物质，离心分离去掉清液，并用乙醇洗涤固体物质，反复进行离心分离和乙醇洗涤3次后，最后离心分离得到固体产物；(4)将所述固体产物在烘箱中抽真空状态下烘干，烘干温度为200℃，烘干时间为17h，得到FeF3包覆的富锂锰基材料，作为锂离子电池复合正极材料。本实施例中，富锂锰基材料为Li[Li0.2Co0.13Ni0.13Mn0.54]O2；所得到的目标产物首周充放电曲线见图2，图中未包覆的富锂锰基材料和包覆FeF3后富锂锰基材料的首周放电比容量分别为257mAh/g和287mAh/g，首周库仑效率分别为65％和80％，首周放电比容量和首周库仑效率均有显著提高。实施例二，包括以下步骤：(1)将225g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入到225g正己醇中，在50℃的温度搅拌5h，得到无色澄清溶液；(CTAB与正己醇的质量比为1:1)(2)将所述无色澄清溶液平均分成三份，分别加入Fe(NO3)3水溶液、NH4F水溶液和富锂锰基材料的水相悬浊液，分别搅拌得到两种反胶束溶液和一种反胶束悬浊液；所述Fe(NO3)3水溶液、NH4F水溶液以及富锂锰基材料的水相悬浊液中水溶剂的质量相等，均为25mL；每份水溶液或水相悬浊液中的水溶剂与无色澄清溶液中正己醇的质量比为1:3；所述Fe(NO3)3和NH4F的物质的量的比例为1:3，所述Fe(NO3)3与富锂锰基材料的物质的量的比例为1:100，(0.2020gFe(NO3)3·9H2O、0.0556gNH4F、4.3699g富锂锰基材料)，所述搅拌时间为5h；(3)将所述两种反胶束溶液和一种反胶束悬浊液混合后充分搅拌，搅拌时间为5h，静置分层，留取下层水层及固体物质，离心分离去掉清液，并用乙醇洗涤固体物质，反复进行离心分离和乙醇洗涤5次后，最后离心分离得到固体产物；(4)将所述固体产物在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池复合正极材料，由富锂锰基材料及其外所包裹的包覆层构成，其特征在于：所述包覆层为FeF

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合正极材料，由富锂锰基材料及其外所包裹的包覆层构成，其特征在于：所述包覆层为FeF3包覆层。2.所述锂离子电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入到正己醇中，加热搅拌得到无色澄清溶液；十六烷基三甲基溴化铵与正己醇的质量比为1:1～1:10；(2)将所述无色澄清溶液平均分成三份，分别加入Fe(NO3)3水溶液、NH4F水溶液和富锂锰基材料的水相悬浊液，分别搅拌得到两种反胶束溶液和一种反胶束悬浊液；所述Fe(NO3)3水溶液、NH4F水溶液以及富锂锰基材料的水相悬浊液中水溶剂的质量相等，每份水溶液或水相悬浊液中的水溶剂与无色澄清溶液中正己醇的质量比为1:3～1:50；(3)将所述两种反胶束溶液和一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康丽，余丽红，蒋凯，胡晓宏，程时杰，潘凯孟，万昱含，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42