一种合成锂离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种合成锂离子电池正极材料及其制备方法，为LiAl

Anode material for synthesizing lithium ion battery and preparation method thereof

The invention discloses a cathode material for synthesizing lithium ion battery and a preparation method thereof, which is LiAl

【技术实现步骤摘要】
一种合成锂离子电池正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种合成锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
社会快速发展，人们的生活质量日益提高，但同样也面临着两大发展瓶颈，能源危机与环境污染。现况表明，矿物材料难以维持能源体系的巨大消耗，所以作为可再生利用的高能清洁能源锂离子电池就应运而生。20世纪90年代以来，锂离子电池凭借其能量高、容量大、电压特性曲线平稳、循环寿命长、无记忆效应、污染小等优点，迅速成为世界各国的研发重点。同时，随着社会日益信息化，IT行业的蓬勃发展，便携式手提笔记本电脑、移动电话、摄像机等设备的普遍应用，迫切地要求锂电池有新的发展。我国具有丰富的锂矿资产，从上个世纪60年代开始着手研究锂电池，80年代推出了商品化的Li/MnO2、Li/SOCl2和Li/SO2电池，90年代研制出Li/V6O13二次电池。但锂电池存在着循环寿命低、安全性差的缺点。锂电池是以金属锂作为电池负极的二次电池体系，在反复充放电过程中锂离子易沉积在金属锂负极的表面形成锂枝晶。当枝晶发展到一定程度时，一方面会发生折断，产生“死锂”，造成锂的不可逆；另一方面更严重的是，枝晶穿过隔膜，将正极与负极连接起来，结果产生大电流，生成大量的热，使电池着火，甚至发生爆炸，从而引起严重的安全问题。1990年日本Sony能源技术公司首先推出LixC6/LiClO4-PC+EC/Li1-xCO2实用型锂离子电池，克服了锂电池循环寿命低、安全性差等缺陷，掀起了锂离子电池的研究热潮。2011年4月工信部发布了《新材料产业“十二五”重点产品目录》，将钴酸锂正极材料也列入为这批重点项目。2012年4月科技部发布的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》指出“以锂离子动力电池为重点的车用电池产业竞争能力等方面处于国际先进水平”。钴酸锂正极材料由于其具有的特点，在小型和便携式电子设备中的应用前景相当广阔。LiCoO2材料的理论克容量达到270mAh/g，然而实际可用容量却远小于理论值，基本上约为135mAh/g。其中主要的原因是：为了防止钴酸锂的结构在过充电和过放电过程中的结构破坏和电池的安全性能，限制了材料充放电的截至电压，所以，通常钴酸锂材料中只有一半的锂离子实际可用，导致钴酸锂正极材料的实际容量只有理论容量的一半。为了提高LiCoO2材料的实际可用容量，同时保证其结构的稳定性，现在通常采用的办法是引入一定量的其它离子来增加LiCoO2的结构的稳定性，提高电池的实际容量。锂离子电池的主要结构包括正极、负极、电解液、隔膜、正负极引线、电池壳等，其中正极材料对锂离子电池的性能具有重要的影响。正极材料的制备方法主要包括高温固相合成法、低温固相合成法、沉淀-冷冻法、喷雾干燥法、溶胶-凝胶法、微波合成法、水热合成法等，目前，最常用的是高温固相合成法。高温固相法是目前LiCoO2的制备中使用最广、最成熟的合成方法，主要步骤是将锂和钴的化合物按n(Li)/n(Co)＝1的摩尔比混合，碾磨后将其置于空气的气氛中烧结，烧结温度一般控制在700-900℃，具体工艺根据原材料的成分而定。雷永泉等人将Li2CO3和Co2O3按n(Li)/n(Co)＝1的摩尔比混合后，在空气的气氛中先后置于600℃烧结5h，900℃烧结10h，制得稳定的、电化学性能表现良好的LiCoO2。高温固相合成法因其制备方法简单而被工业化生产，但它也存在着问题，例如反应物难混合，反应温度高，反应时间长，产物形貌不规则，粒径宽，电化学性能难以控制。低温固相合成法克服了高温固相合成法的某些缺陷。低温固相合成法主要应用于过渡金属配合物的合成，主要步骤为将锂和钴的化合物按n(Li)/n(Co)＝1的摩尔比混合，加入溶剂，然后将该物质置于低温干燥箱中干燥，紧接着在高温的仪器中烧结。用低温固相法合成的物质形态完整，颗粒大小均匀。溶胶-凝胶法可得到纯度高、均匀性好的产品。一般采用含高化学活性组分的化合物作为前驱体，原料经过液相混合、干燥、烧结制备，所得产品除了纯度高、均匀性好等优点，溶胶-凝胶法还可以均匀地掺入微量元素，实现分子水平上的掺杂，并且溶胶-凝胶法所需的反应温度较低，便于控制。但溶胶-凝胶法也存在着问题：陈化时间过长，干燥、烧结时常会形成大量微孔，这些问题都有待改进。Won-SubYoon等采用丙烯酸作为载体制备掺杂的LiAlyCo1-yO2，在600℃热处理温度时，容量和循环性能较好，初始可逆容量达160mAh/g，10次循环后主体结构没有明显变化。廖钦林等人通过掺杂Cu元素，制备得到电化学性能良好的掺Cu钴酸锂正极材料，测试显示该材料的振实密度超过2.8g/cm3，可逆嵌脱锂容量超过140mAh/g。周建等人采用湿化学法往LiCoO2中掺入B元素，在650-1000℃范围内烧结5-15h，这样得到的样品的层状结构性质不改变，单颗颗粒生长更加完整，且掺B的钴酸锂已长大至3-5um，比未掺B的钴酸锂颗粒大2-4um，从而其电化学循环性能也有所提高。Xiaomingzhu等人对Mg掺杂钴酸锂的结构和性能进行了研究，分析表明所得样品具有良好层状结构的六边形颗粒，且样品的循环性能有所提高，初始放电容量可达169.2mAh/g，50次循环后，仍能保持初始容量的91.1％。综上所述，现有的LiCoO2材料的理论克容量达到270mAh/g，然而其实际可用容量却远小于理论值，基本上为其理论容量的一半，约为135mAh/g。现有的改进方法和研究方法是对其体相进行离子掺杂改性，但是这些制备方法存在反应物难以混合均匀，反应温度高，反应时间长，容易产生团聚、元素分布不均匀，制备工序繁琐，干燥时间长、电化学性能难以控制等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种合成锂离子电池正极材料及其制备方法，旨在解决现有的LiCoO2材料的理论克容量达到270mAh/g，然而其实际可用容量却远小于其理论值的问题，以及其掺杂改性的制备方法存在的反应物难以混合均匀，反应温度高，反应时间长，容易产生团聚、元素分布不均匀，制备工序繁琐，干燥时间长、电化学性能难以控制等问题。本专利技术是这样实现的，一种合成锂离子电池正极材料，所述合成的正极材料为LiAl0.01Co0.99O2，其中n(Li):n(Co):n(Al)＝1:0.99:0.01；n为摩尔比。本专利技术的另一目的在于提供一种所述合成锂离子电池正极材料的制备方法，所述合成锂离子电池正极材料的制备方法包括：步骤一，按LiAl0.01Co0.99O2中n(Li):n(Co):n(Al)＝1:0.99:0.01称取LiNO3、Co(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O，用玛瑙研钵充分碾磨，直至其结晶水完全析出；步骤二，然后置于鼓风干燥箱中进行干燥；待水份蒸发后将物质取出，再次碾磨，放入管式电阻炉中，在温度300℃下预烧4h，800℃下烧结10h。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述合成锂离子电池正极材料制造的锂离子电池。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述锂离子电池的电动汽车。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述锂离子电池的汽车。本专利技术提供的合成锂离子电池正极材料及其制备方法，采用流变-固相法合成锂离子电池的正极材料，通过热重法(TG)测量正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成锂离子电池正极材料，其特征在于，所述合成锂离子电池正极材料为LiAl

【技术特征摘要】
1.一种合成锂离子电池正极材料，其特征在于，所述合成锂离子电池正极材料为LiAl0.01Co0.99O2；LiAl0.01Co0.99O2，其中n(Li):n(Co):n(Al)＝1:0.99:0.01；n为摩尔比。2.一种如权利要求1所述合成锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述合成锂离子电池正极材料的制备方法包括：步骤一，按LiAl0.01Co0.99O2中n(Li):n(Co):n(Al)＝1:0.99...

【专利技术属性】
技术研发人员：王高军，王象，卓泽旭，胡天阳，钱佳佳，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33