一种锂电池正极材料及其制备方法与锂电池技术

本发明专利技术公开了一种锂电池正极材料及其制备方法与锂电池。该锂电池正极材料为富锂高锰掺钨正极材料，化学式为Li1+δNiaCobMncWeO2，其中，δ＝0～0.2，a＝0.05～0.35，b＝0.05～0.3，c＝0.45～0.7，e＝0.005～0.012，该正极材料在电池充放电过程中具有高能量密度，并具有高的放电容量。本发明专利技术通过共沉淀反应制备得到所述锂电池正极材料的前驱体，再将所述前驱体和锂化合物混合、煅烧，得到所述的锂电池正极材料。本发明专利技术的锂电池包含所述锂电池正极材料，基于该富锂高锰掺钨正极材料的锂电池具有良好的循环性能和高倍率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池正极材料及其制备方法与锂电池
本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种锂电池正极材料及其制备方法与一种锂电池。
技术介绍
全球能源危机和日益严重的环境污染，使得有必要发展以清洁能源为主的新型交通工具。而作为新型交通工具的动力来源，新型锂离子电池属于清洁能源，具有安全性好，循环性好，寿命长，无毒无污染等优点。锂离子电池通常包括阳极，阴极，隔板和电解质。当代的锂离子电池一般具有碳负极(或阳极)和过渡金属氧化物正极(或阴极)。阴极和阳极一般是层状结构以容纳锂离子，在充电和放电过程中，锂离子在阴极和阳极之间传送。正极材料作为锂离子电池的重要部件，是决定电池安全、容量和价格的关键因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的20～40％，正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价格的降低，对锂离子动力电池尤其如此。另外，动力型电池在大电流放电、比能量、安全性和价格等方面的特殊要求，更加突出了正极材料的重要性。而目前所研究以及正在尝试应用的锂离子电池正极材料都还没有完全达到要求，极大的制约了锂离子动力电池的发展。第一代锂离子电池的正极是钴酸锂(LiCoO2)，这是一种层状化合物，氧原子以密堆积形式构成，这种结构形成与氧原子数量相当的八面体空隙。在钴酸锂里，一层钴和一层锂交替填入这些八面体空隙。当一半锂从钴酸锂被移去时(电压高于4.3V)，层状化合物会变得不稳定。由于钴金属的价格昂贵，钴酸锂的价格也较高。为了改进其性能和降低成本，镍和锰原子被用来代替钴，所得到的产物仍然保持层状物结构。一般这些化合物被称作三元材料(NCM)。最初的三元材料是LiNi0.333Co0.333Mn0.333O2。为了增加电容量，三元材料结构和成分的改进分两个方向，一是提高镍含量，如LiNi0.5Co0.3Mn0.2，另外一个是提高锂和锰的相对含量，如在阿贡国家实验室(ArgonneNantionalLab)提出的富锂高锰材料。富锂高锰材料由于锂过量，在纳米层级形成两种结构的混合体。这种材料具有一般式XLiM′O2-(1-x)Li2MnO3，其中0＜X＜1，且其中M是一种或多种离子，平均三价氧化态和具有至少一个离子存在的Mn或Ni，且其中M′是一种或多种离子，平均四价氧化态。富锂高锰材料的性能和其成分有关，尤其是和Li2MnO3的含量有关。高Li2MnO3含量的材料以其高可逆容量，一度被寄以未来高比容量电池正极材料的厚望，但其商业化一直迟迟未能实现，其中一个主要问题是倍率。因此迫切需要提供一种低价有效的富锂高锰材料，但高锰含量的富锂技术难以实现，富锂高锰材料的锰含量过高将会影响锂电池的倍率。同时，适当的钨掺杂可以提高正极材料的比容量密度和倍率性能，高锰掺钨能够实现富锂高锰材料的高倍率，但高锰条件下掺杂钨的富锂高锰材料仍未有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种锂电池正极材料。该正极材料在电池充放电过程中具有高能量密度，并具有高的放电容量。本专利技术的目的还在于提供制备上述的一种锂电池正极材料的方法。本专利技术的另一目的在于提供包含上述的锂电池正极材料的一种锂电池。该基于上述富锂高锰掺钨正极材料的锂电池具有良好的循环性能和高倍率。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种锂电池正极材料，为富锂高锰掺钨正极材料，化学式为Li1+δNiaCobMncWeO2，其中，δ＝0～0.2，a＝0.05～0.35，b＝0.05～0.3，c＝0.45～0.7，e＝0.005～0.012。优选的，一种锂电池正极材料，化学式为Li1+δNiaCobMncWeO2，其中，δ＝0～0.2，a＝0.05～0.35，b＝0.05～0.3，c＝0.45～0.7，e＝0.005～0.010。优选的，所述的锂电池正极材料中形成两相的xLiMO2·(1-x)Li2MnO3，即LiMO2和Li2MnO3的在纳米层次的混合体，其中，0＜x＜1，M为高于3+价的包括Ni、Co及Mn的金属元素组合。优选的，所述的锂电池正极材料在25℃、2.0～4.6V、1/10C的条件下进行充放电，放电容量大于205mAh/g。优选的，所述的锂电池正极材料在25℃、2.0～4.6V的条件下进行充放电，2C放电容量是0.2C放电容量的96％以上。制备上述任一项所述的锂电池正极材料的方法，包括如下步骤：(1)将钨的可溶性盐与沉淀剂溶于水中并混合均匀，得到沉淀剂混合溶液；(2)将沉淀剂混合溶液与镍、钴和锰的可溶性盐混合溶液加入水中进行共沉淀反应，得到前驱体；(3)将得到的前驱体和锂化合物混合、煅烧，得到所述的锂电池正极材料。优选的，步骤(1)中，所述钨的可溶性盐包括钨的硫酸盐、硝酸盐和醋酸盐中的一种以上。优选的，步骤(1)中，所述沉淀剂包括碳酸钠和氢氧化钠中的一种以上。优选的，步骤(1)中，所述沉淀剂混合溶液的浓度为1.0～2.0mol/L。优选的，步骤(2)中，所述镍、钴和锰的可溶性盐混合溶液的浓度为1.0～2.0mol/L，溶剂为去离子水。优选的，步骤(2)中，所述镍、钻和锰的可溶性盐混合溶液中，镍、钻和锰的摩尔比为0.05～0.4∶0.05～0.3∶0.5～0.8。优选的，步骤(2)中，所述镍、钴和锰的可溶性盐包括镍的硫酸盐、钴的硫酸盐和锰的硫酸盐。优选的，步骤(2)中，所述沉淀剂混合溶液与镍、钴和锰的可溶性盐混合溶液的总混合溶液中，沉淀剂与钨、镍、钴和锰总金属的摩尔比为1∶1。优选的，步骤(2)中，所述沉淀剂混合溶液与镍、钴和锰的可溶性盐混合溶液加入水中的流速为3～7ml/min。优选的，步骤(2)中，所述共沉淀反应的温度为50～60℃，时间为8～12小时。优选的，步骤(2)中，所述前驱体的通式为NiqCorMnsWtCO3，其中，0.05＜q＜0.4，0.05＜r＜0.3，0.5＜s＜0.7，0＜t＜0.05。优选的，步骤(3)中，所述锂化合物包括碳酸锂和氢氧化锂中的一种以上。优选的，步骤(3)中，所述前驱体和锂化合物按照钨、镍、钴和锰总金属元素与锂的摩尔比为1∶1.1～1∶1.2的比例混合。优选的，步骤(3)中，所述煅烧是在煅烧炉中500～650℃保温6～20小时，再于750～1000℃保温9～24小时。一种锂离子电池，包括负极材料、隔板及电解质，还包含上述任一项所述的锂电池正极材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术首次在富锂的高锰正极材料中掺杂钨元素，得到高锰含量的掺钨正极材料，且制备方法易于操作，制备成本低，同时该富锂高锰掺钨正极材料具有高能量密度，具有高的放电容量，基于该富锂高锰掺钨正极材料的锂电池具有良好的循环性能和更高倍率。附图说明图1为基于实施例1和实施例2制备的富锂高锰正极材料的半电池的充放电曲线图；图2为实施例2制备的富锂高锰正极材料的X-射线衍射图；图3为基于实施例2制备的富锂高锰正极材料的半电池的充放电循环曲线图；图4为基于实施例3中制备的钨掺杂量为0.7mol％富锂高锰正极材料的半电池的充放电性能曲线图；图5为基于实施例4中制备的钨掺杂量为0mol％富锂高锰正极材料的半电池的充放电性能曲线图；图6为基于实施例3和实施例5中制备的钨掺杂量为0.7mol％、1.5mol％富锂高锰正极材料的半电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池正极材料，其特征在于，为富锂高锰掺钨正极材料，化学式为Li1+δNiaCobMncWeO2，其中，8＝0～0.2，a＝0.05～0.35，b＝0.05～0.3，c＝0.45～0.7，e＝0.005～0.012。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极材料，其特征在于，为富锂高锰掺钨正极材料，化学式为Li1+δNiaCobMncWeO2，其中，8＝0～0.2，a＝0.05～0.35，b＝0.05～0.3，c＝0.45～0.7，e＝0.005～0.012。2.根据权利要求1所述的一种锂电池正极材料，其特征在于，化学式为Li1+δNiaCobMncWeO2，其中，δ＝0～0.2，a＝0.05～0.35，b＝0.05～0.3，c＝0.45～0.7，e＝0.005～0.010。3.根据权利要求1或2所述的一种锂电池正极材料，其特征在于，在25℃、2.0～4.6V、1/10C的条件下进行充放电，放电容量大于205mAh/g；在25℃、2.0～4.6V的条件下进行充放电，2C放电容量是0.2C放电容量的96％以上。4.制备权利要求1～3任一项所述的锂电池正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钨的可溶性盐与沉淀剂溶于水中并混合均匀，得到沉淀剂混合溶液；(2)将沉淀剂混合溶液与镍、钴和锰的可溶性盐混合溶液加入水中进行共沉淀反应，得到前驱体；(3)将得到的前驱体和锂化合物混合、煅烧，得到所述的锂电池正极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钨的可溶性盐包括钨的硫酸盐、硝酸盐和醋酸盐中的一种以上；所述沉淀剂包括碳酸钠和氢氧化钠中的一种以上；所述沉淀剂混...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁石，
申请(专利权)人：威艾能源惠州有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44