一种锂离子电池用钒取代的三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池用钒取代的三元正极材料及其制备方法。所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料，其特征在于，其结构式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1‑xVxO2，0.005≤x≤0.01。所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：称取225～228重量份数的氢氧前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2、110重量份数的氢氧化锂和1.1～4.5重量份数的五氧化钒，放入研钵中，研磨至混合均匀，得到粉末前驱体混合物；压制成片，煅烧，得到锂离子电池用钒取代Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1‑xVxO2正极材料。本发明专利技术获得的锂离子电池正极材料展现出了较高的放电比容量和良好的循环性能，在将来的锂电储能系统中有较佳的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用钒取代的三元正极材料及其制备方法
本专利技术属于化工领域，涉及一种锂离子电池，具体来说是一种锂离子电池用钒取代的三元正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为一种新型储能材料，在当今市场上用途广泛，主要应用于全球范围的各个领域中，小到便携式电子设备大到电动汽车，成为近些年来的研究热点。层状镍钴锰复合正极材料是一种极具有发展前景锂离子正极材料，相比于LiNiO2、LiCoO2和LiMnO2三元材料具有以下特点：成本低、放电比容量大、循环性能好、倍率性能好、热稳定能能好、结构比较稳定等。三元材料结合了三种材料的优点，通过Ni-Co-Mn三者元素的协同作用，得到了高的比容量，已经成为目前最具有发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。其中LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2具有比容量高、电压范围宽和对环境毒性小等优点，但存在首圈放电克容量低，循环容量衰减严重、倍率性能不佳等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有较高的首圈放电比容量、循环稳定性能的锂离子电池用正极材料及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种锂离子电池用钒取代的三元正极材料，其特征在于，其结构式为Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，0.005≤x≤0.01。进一步地，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料具有层状结构，属于R-3m空间群。进一步地，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料具有α-NaFeO2的六方层状结构化合物，氧原子以立方密堆积的方式形成共边的八面体，O2-占据6C位置。Li+和过渡金属分别在3a和3b位置上交替排列，分别占据其八面体的空隙，在(111)晶面上呈层状排列(如图5所示)。本专利技术还提供了上述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：称取225～228重量份数的氢氧前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2、110重量份数的氢氧化锂和1.1～4.5重量份数的五氧化钒，放入研钵中，加入酒精，研磨至混合均匀，得到粉末前驱体混合物；步骤2：将步骤1所得的粉末前驱体混合物移至压片机中，压制成片；步骤3：将步骤2所得的压片移至管式炉中，在含O2的气氛中煅烧，首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到800～1000℃保温10～15小时，降至室温后得到锂离子电池用钒取代Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2正极材料。优选地，所述的步骤2中的压力为4MPa。所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.005，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：228份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：1.1份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到800℃保温15小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.005，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：228份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：1.1份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到900℃保温12小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.005，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：228份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：1.1份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到1000℃保温10小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.01，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：227份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：2.3份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到800℃保温15小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.01，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：227份，氢氧化锂：110份，五氧化钒:2.3份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到900℃保温12小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.01，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：227份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：2.3份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到1000℃保温10小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.02，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：225份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：4.5份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到800℃保温15小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.02，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：225份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：4.5份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到900℃保温12小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.02，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：225份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：4.5份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到1000℃保温10小时。本专利技术所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料采用适量的钒离子取代，可以降低阳离子混排、提高首圈放电比容量低、循环稳定性能等，这些特性使得它具有很大的市场潜力。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术获得的锂离子电池正极材料展现出了较高的放电比容量和良好的循环性能，在将来的锂电储能系统中有较佳的应用前景。本专利技术通过钒取代制备的Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2材料，组装为半电池，在0.1C倍率下，2.8-4.3V充放电时，放电克容量可达到181mAh/g，50圈后容量保持率为88.35％，相比于未掺杂的三元正极材料，首圈放电容量增加了5mAh/g，50圈后，其循环效率增加了10.54％，本专利技术的钒取代的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料具有较长的循环寿命，在将来的锂电储能系统中有较佳的应用前景。附图说明图1.实施例1所得锂离子电池用钒取代的Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2(x＝0，0.005)正极材料的XRD图谱。图2.实施例1所得锂离子电池用钒取代的Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2(x＝0，0.005)正极材料粒径SEM图。图3.实施例1所得锂离子电池用钒取代的Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-x本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用钒取代的三元正极材料，其特征在于，其结构式为Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1‑xVxO2，0.005≤x≤0.01。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用钒取代的三元正极材料，其特征在于，其结构式为Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，0.005≤x≤0.01。2.如权利要求1所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料，其特征在于，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料具有层状结构，属于R-3m空间群。3.如权利要求1所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料，其特征在于，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料具有α-NaFeO2的六方层状结构化合物，氧原子以立方密堆积的方式形成共边的八面体，O2-占据6C位置。Li+和过渡金属分别在3a和3b位置上交替排列，分别占据其八面体的空隙，在(111)晶面上呈层状排列。4.权利要求1-3中任一项所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：称取225～228重量份数的氢氧前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2、110重量份数的氢氧化锂和1.1～4.5重量份数的五氧化钒，放入研钵中，加入酒精，研磨至混合均匀，得到粉末前驱体混合物；步骤2：将步骤1所得的粉末前驱体混合物移至压片机中，压制成片；步骤3：将步骤2所得的压片移至管式炉中，在含O2的气氛中煅烧，首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到800～1000℃保温10～15小时，降至室温后得到锂离子电池用钒取代Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2正极材料。5.如权利要求4所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的压力为4MPa。6.如权利要求4所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料，其特征在于，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.005，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：228份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：1.1份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到800℃保温15小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-xVxO2，x＝0.005，步骤1中所用的原料的重量份数如下：氢氧前驱体：228份，氢氧化锂：110份，五氧化钒：1.1份，步骤4中的煅烧为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到900℃保温12小时；或者，所述的锂离子电池用钒取代的三元正极材料的化学式为：Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：章冬云，杜利春，王乃占，周江，王蒙蒙，孙光翰，常程康，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31