用于锂离子电池的正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其公开了一种用于锂离子电池的正极材料，该正极材料具有Li1‑xNbxNi0.8Co0.2O2的化学通式；其中，0.01≤x≤0.03。本发明专利技术还公开了上述正极材料的制备方法。本发明专利技术利用钴源、镍源、锂源、铌源以及沉淀剂，合成了一种全新的正极材料，在该正极材料的结构中，Nb部分占据Li的晶格形成掺杂；本发明专利技术的正极材料具有高的放电比容量以及优异的稳定性，当其应用在锂离子电池中时，能够体现出良好的循环稳定性、高倍率性能和高温循环性能。本发明专利技术还公开了上述正极材料在锂离子电池中的应用。

【技术实现步骤摘要】
用于锂离子电池的正极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池
，具体来讲，涉及一种用于锂离子电池的正极材料、该正极材料的制备方法、以及该正极材料在锂离子电池中的应用。
技术介绍
锂离子电池(LIB)是目前综合性能最好的电池体系,具有高比能量、高循环寿命、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染等特点,并迅速发展成为新一代储能电源,锂离子电池以其能量密度高，工作电压高，循环寿命长和环境友好等优点，被认为21世纪的高效绿色电池。LIB的核心和关键是新型储锂材料和电解质材料的开发与应用。锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，目前锂离子电池已广泛应用到手机(智能手机主要以1200mA·h/g～1600mA·h/g的锂离子电池为主)、笔记本电脑、数码相机等微型电子产品领域，并且正逐步走向电动汽车动力电池领域。锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解液；就目前的锂离子电池来说，一般存在正极材料的比容量较低等问题，所以提高电池中正极材料的电化学性能尤为重要；虽然目前高镍正极材料由于其较高的比容量以及较低的成本而得到了广泛的关注，但是它仍存在着很多不足，比如：容量衰减比较严重、存在Li/Ni混排、倍率性能和高温性能较差等诸多问题。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于锂离子电池的正极材料，该正极材料以铌掺杂替代部分锂，从而形成了具有Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2(0.01≤x≤0.03)的化学式的材料，其具有高的放电比容量以及优异的稳定性。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种用于锂离子电池的正极材料，所述正极材料具有Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2的化学通式；其中，0.01≤x≤0.03。进一步地，所述Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2为Nb原子掺杂替代LiNi0.8Co0.2O2晶格结构中的Li原子获得。本专利技术的另一目的在于提供一种用于锂离子电池的正极材料的制备方法，包括步骤：S1、分别以钴的水溶性盐和镍的水溶性盐作为钴源和镍源混合并配制成溶液，获得钴镍混合溶液；其中，在所述钴镍混合溶液中，钴与镍的物质的量之比为1:4；S2、以草酸、碳酸或水溶性无机碱作为沉淀剂，与所述钴镍混合溶液反应生成钴镍前驱体；S3、分别以氢氧化锂和氧化铌作为锂源和铌源混合，获得锂铌混合物；其中，在所述锂铌混合物中，锂和铌的物质的量之比为97:3～99:1；S4、将所述钴镍前驱体与所述锂铌混合物混合，并在氧化气氛下进行分段烧结，获得正极材料Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2，0.01≤x≤0.03；其中，所述钴镍前驱体中钴镍的总物质的量小于所述锂铌混合物中锂铌的总物质的量。进一步地，在所述步骤S4中，分段烧结的具体方法为：首先在350℃～450℃下一段烧结4h～6h；然后升温至750℃～850℃下二段烧结11h～13h。进一步地，在所述步骤S4中，分段烧结的具体方法为：首先在400℃下一段烧结5h，然后升温至800℃下二段烧结12h。进一步地，一段烧结的升温速率小于5℃/min，二段烧结的升温速率小于10℃/min。进一步地，在所述步骤S1中，所述钴的水溶性盐为硫酸钴，所述镍的水溶性盐为硫酸镍。进一步地，在所述步骤S4中，所述锂铌混合物中氢氧化锂的质量为按照与所述钴镍前驱体中钴镍的总物质的量的1-x倍对应的物质的量折合后的质量的105％；所述锂铌混合物中氧化铌的质量为按照所述钴镍前驱体中钴镍的总物质的量的x倍对应的物质的量折合后的质量；其中，0.01≤x≤0.03。本专利技术的另一目的还在于提供如上任一所述的正极材料在锂离子电池中的应用。本专利技术利用钴源、镍源、锂源、铌源以及沉淀剂，合成了一种具有Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2(0.01≤x≤0.03)分子式的全新的正极材料，在该正极材料的结构中，Nb部分占据Li的晶格形成掺杂；本专利技术的正极材料具有高的放电比容量以及优异的稳定性，当其应用在锂离子电池中时，能够体现出良好的循环稳定性、高倍率性能和高温循环性能。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本专利技术的实施例1、2的正极材料与对比例1的正极材料的XRD对比图片。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。本专利技术提供了一种用于锂离子电池的正极材料，其具有Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2的化学通式；其中，0.01≤x≤0.03。具体来讲，该Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2的结构为Nb原子掺杂替代LiNi0.8Co0.2O2晶格结构中的Li原子获得。本专利技术还提供了上述正极材料的制备方法，其包括如下步骤：步骤S1、分别以钴的水溶性盐和镍的水溶性盐作为钴源和镍源混合并配制成溶液，获得钴镍混合溶液。其中，在钴镍混合溶液中，钴与镍的物质的量之比为1:4。优选地，钴的水溶性盐为硫酸钴，镍的水溶性盐为硫酸镍。步骤S2、以草酸、碳酸或水溶性无机碱作为沉淀剂，与钴镍混合溶液反应生成钴镍前驱体。具体来讲，以等摩尔量的草酸或碳酸为沉淀剂、或以二倍摩尔量的水溶性无机碱作为沉淀剂，配制成沉淀剂溶液后滴加至上述钴镍混合溶液中，一边滴加一边搅拌，反应至少12h，然后固液分离并干燥固相，获得钴镍前驱体。一般地，在80℃下干燥固相即可。优选地，以草酸作为沉淀剂，如此，即对应获得钴镍的草酸盐沉淀前驱体。步骤S3、分别以氢氧化锂和氧化铌作为锂源和铌源混合，获得锂铌混合物。其中，在锂铌混合物中，锂和铌的物质的量之比为97:3～99:1；换句话说，以锂和铌的物质的量之和作为整体1，则其中铌所占物质的量为1％～3％。步骤S4、将钴镍前驱体与锂铌混合物混合，并在氧化气氛下进行分段烧结，获得正极材料Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2，0.01≤x≤0.03。其中，钴镍前驱体中钴镍的总物质的量小于锂铌混合物中锂铌的总物质的量。优选地，氢氧化锂的质量为按照钴镍前驱体中钴镍的总物质的量的1-x倍对应的物质的量折合后的质量的105％；氧化铌的质量为按照钴镍前驱体中钴镍的总物质的量的x倍对应的物质的量折合后的质量；其中，0.01≤x≤0.03。换句话说，假如钴镍前驱体中钴镍的总物质的量为1mol，若控制锂铌混合物中锂和铌的物质的量之比为99:1，则对应0.99mol氢氧化锂的质量约为41.54g(氢氧化锂以41.9636的分子量计算)，0.11mol氧化铌的质量约为2.66g(氧化铌以265.8098的分子量计算)，由此锂铌混合物中氢氧化锂优选控制为43.62g，即相对于0.99mol氢氧化锂的质量过量5％，以防止在烧结过程中损失锂而生成缺锂材料；当锂和铌的物质的量之比为上述范围内其他数值时同理。具体地，分段烧结的具体方法为：首先在350℃～450℃下一段烧结4h～6h；然后升温至750℃～850℃下二段烧结11h～13h。优选地，一段烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有Li1‑xNbxNi0.8Co0.2O2的化学通式；其中，0.01≤x≤0.03。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2的化学通式；其中，0.01≤x≤0.03。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2为Nb原子掺杂替代LiNi0.8Co0.2O2晶格结构中的Li原子获得。3.一种用于锂离子电池的正极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、分别以钴的水溶性盐和镍的水溶性盐作为钴源和镍源混合并配制成溶液，获得钴镍混合溶液；其中，在所述钴镍混合溶液中，钴与镍的物质的量之比为1:4；S2、以草酸、碳酸或水溶性无机碱作为沉淀剂，与所述钴镍混合溶液反应生成钴镍前驱体；S3、分别以氢氧化锂和氧化铌作为锂源和铌源混合，获得锂铌混合物；其中，在所述锂铌混合物中，锂和铌的物质的量之比为97:3～99:1；S4、将所述钴镍前驱体与所述锂铌混合物混合，并在氧化气氛下进行分段烧结，获得正极材料Li1-xNbxNi0.8Co0.2O2，0.01≤x≤0.03；其中，所述钴镍前驱体中钴镍的总物质的量小于所述锂铌混合物中锂铌的总物质的量。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾国凤，祝增虎，吴康，诸葛芹，彭正军，李法强，上官雪慧，杨国威，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：青海,63