一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法技术

一种三元锂离子电池正极材料，分子式为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池三元正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种电池正极材料，具体来说是一种锂离子三元电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池是目前商业化二次电池中能量密度最高的化学电源，已广泛应用于各种便携式移动电子设备、规模储能、电动汽车、智能电网大型储能电站等领域。商业化锂离子电池目前采用的正极材料包含LiCoO2和LiFePO4。然而LiCoO2价格昂贵，且Co为重金属，毒性较大，安全性差；而LiFePO4则电化学活性较差、理论比容量低，人们急需找到一种理论容量高、资源较丰富的锂离子电池正极材料来取代目前的正极材料。在新型的锂离子电池正极材料中，一种由三种过渡金属元素(M=Mn,Ni,Co)形成的三元层状正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，由于超过250mAh/g的比能量，成为下一代正极材料而引起广泛的关注。该材料除了在比容量上有明显优势外，在生产成本上也非常具有优势。但是三元正极材料也有其固有的劣势：(1)首次不可逆容量损失较大；(2)对电池进行充放电测试时，高截止电压一般为4.8V，高电压会导致电解液分解，从而破坏电极\溶液界面的稳定性使容量衰减；同时为了克服材料本身的缺陷，可以采用表面改性的方法来提高材料的电化学性能。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种锂离子三元电池正极材料及其制备方法，所述的这种锂离子三元电池正极材料及其制备方法要解决现有技术中的三元正极材料三元正极材料电导率低、循环稳定性能差的技术问题。本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料，分子式为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/ITO，ITO在正极材料中的质量百分比浓度为1%，ITO由In2O3和SnO2组成，In2O3和SnO2的质量比为90：10。本专利技术还提供了上述的锂离子电池三元正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将CH3COOLi、NiC4H6O4·4H2O、Co(CH3COO)2·4H2O和C4H6MnO4·4H2O和柠檬酸依次加入到去离子水中，磁力搅拌3~6h，待混合均匀得到澄清透明粉红色溶液，然后利用喷雾干燥装置进行喷雾，获得前驱体；再在空气气氛下800℃加热8h得到三元正极材料；上述所用的CH3COOLi、NiC4H6O4·4H2O、Co(CH3COO)2·4H2O和C4H6MnO4·4H2O、柠檬酸和去离子水的质量体积比为1.98g：2.48g：2.49g：2.45g：0.2g：100ml；2)将In(OC3H7)3和Sn(OC3H7)4混合溶解于去离子水中，然后将步骤1）所得的三元正极材料浸泡该溶液中，超声波分散；再在60℃下加热10h；继续加热到300℃，保温5h，得到锂离子电池三元正极材料。进一步的，步骤2）中，In(OC3H7)3、Sn(OC3H7)4和去离子水的质量体积比为0.038g：0.0048g：50ml。进一步的，CH3COOLi、NiC4H6O4·4H2O,Co(CH3COO)2·4H2O和C4H6MnO4·4H2O、柠檬酸、In(OC3H7)3、Sn(OC3H7)4的质量体积比为1.98g：2.48g：2.49g：2.45g：0.2g：0.038g：0.0048g。本专利技术利用氧化物包覆三元正极材料是解决该锂离子电池正极材料导电性欠佳的简单有效方法。本专利技术提供一种喷雾干燥方法制备纳米颗粒的三元正极材料，同时在该材料表面包覆一层SnO2和In2O3的混合物（ITO）；（质量百分比为90%的In2O3和10%的SnO2的混合物）。ITO质量为三元正极材料的1%。该锂离子电池正极材料在0.1C下进行充放电，充放电电压范围为1.5-4.5V，最大放电容量达到206.8mAh/g，相比未包覆的三元正极材料具有更高的放电比容量好和循环稳定性。本专利技术首先以CH3COOLi、NiC4H6O4·4H2O,Co(CH3COO)2·4H2O和C4H6MnO4·4H2O为原料，柠檬酸作为络合剂，采用喷雾干燥法获得LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2前驱体，然后在800℃高温煅烧。所得粉体自然冷却至室温，得到LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2锂离子电池正极材料。将得到的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料通过溶液浸泡然后加热的方法得到ITO表面包覆层。经电化学性能测试，该锂离子电池正极材料即ITO包覆的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的倍率性能和循环稳定性较未包覆的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料有较高的提升。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术由于表面含有一层均匀的ITO包覆层，该包覆层可以提高三元正极材料的电子导电率。与未包覆的三元正极材料相比，包覆ITO的三元正极材料放电比容量有较大幅度的提高。另外，本专利技术的ITO包覆的三元锂离子电池正极材料，相对于未包覆的三元正极材料，由于包覆层的影响，其循环稳定性能也有明显提高。即最终所得的ITO包覆三元锂离子电池正极材料有较高的充放电容量、更好的循环稳定性。附图说明图1是实施例1、对照实施例1、实施例2所得的锂离子电池正极材料的XRD图谱。图2a是实施例1所得的ITO包覆的三元材料的SEM图。图2b是实施例1所得的ITO包覆的三元材料的高倍SEM图。图2c实施例2所得的ITO包覆的三元材料的高倍SEM图。图2d是实施例1所得的ITO包覆的三元材料的TEM图。图3是对照实施例1、实施例1、实施例2所得的锂离子电池正极材料在0.1C下的首次充放电曲线。图4是对照实施例1、实施例1、实施例2所得的锂离子电池正极材料在0.1C下的循环性能比较。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术进一步说明，但并不限制本专利技术。电池体系的装配：a、将本专利技术所得的锂离子电池正极材料为原料制备正极极片：即将锂离子电池正极材料、PVDF、乙炔黑按锂离子电池正极材料：PVDF：乙炔黑的质量比为80:10:10的比例混合，以N-甲基吡硌烷酮（NMP）为溶剂，通过磁力搅拌制成均匀浆料，涂布在铝箔上，于100℃恒温烘箱中真空烘干备用；b、以锂片材料制备负极极片c、采用上述的正、负极片，用含1MLiPF6/(EC(碳酸乙烯酯)+DMC(碳酸二甲酯)，其中EC与DMC体积比为1：1的有机溶液作为电解液，装配成纽扣电池。实施例1一种锂离子电池正极材料，为ITO（SnO2和In2O3的混合物）包覆的三元正极材料，其中ITO包覆的量为三元正极材料质量的1%。上述的一种锂离子电池正极材料的制备方法，具体包括如下步骤：（1）、将CH3COOLi、NiC4H6O4·4H2O,Co(CH3COO)2·4H2O和C4H6MnO4·4H2O和柠檬酸依次加入到去离子水中，磁力搅拌4h待混合均匀得到澄清透明粉红色溶液，。然后利用喷雾干燥装置进行喷雾，获得前驱体；然后在空气气氛下800℃加热8h得到三元正极材料；上述所用的CH3COOLi、NiC4H6O4·4H2O,Co(CH3COO)2·4H2O和C4H6MnO4·4H2O，按CH3COOLi：NiC4H6O4·4H2O：Co(CH3COO)2·4H2O：C4H6MnO4·4H2O：柠檬酸为1.98g：2.48g：2.49g：2.45g：0.2g的比例计算；上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料，其特征在于：分子式为LiNi

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于：分子式为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/ITO，ITO在正极材料中的质量百分比浓度为1%，ITO由In2O3和SnO2组成，In2O3和SnO2的质量比为90：10。2.权利要求1所述的锂离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）将CH3COOLi、NiC4H6O4·4H2O、Co(CH3COO)2·4H2O和C4H6MnO4·4H2O和柠檬酸依次加入到去离子水中，磁力搅拌3~6h，待混合均匀得到澄清透明粉红色溶液，然后利用喷雾干燥装置进行喷雾，获得前驱体；再在空气气氛下800℃加热8h得到三元正极材料；上述所用的CH3COOLi、NiC4H6O4·4H2O、Co(CH3COO)2·4H2O和C4H6MnO4·4H2O、柠檬酸和去离子水的质量体积比为1.98g：2.48g：2.49g：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖春艳，李永虎，刘婧雅，徐群杰，郭志刚，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31