一种锂离子动力电池复合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动力电池复合正极材料及其制备方法，属于锂离子动力电池正极材料技术领域。本发明专利技术提供的锂离子动力电池复合正极材料，包括化学组成为LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子动力电池复合正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子动力电池正极材料
，具体涉及一种锂离子动力电池复合正极材料及其制备方法。
技术介绍
在锂离子动力电池体系中，正极材料的采用在很大程度上影响着电池体系的性能和制造成本。在当前市场化日趋成熟的锂离子动力电池正极材料中，高电压镍锰酸锂正极材料由于其具有的能量密度高，原材料来源丰富、热稳定性好，而且对环境污染小的特点，而备受青睐。然而，该材料也存在诸多需要解决的问题。由于该材料为5.0V级正极材料，工作电压在4.7V左右，在使用过程中，常规的电解液往往在高电压工作下会产生严重的副反应，从而严重影响高电压镍锰酸锂正极材料的结构稳定性和导电性能。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种锂离子动力电池复合正极材料及其制备方法，本专利技术提供的锂离子动力电池正极材料具有良好的结构稳定性和电化学性能，在充放电过程中，能够抑制电解液对其活性组分的侵蚀。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种锂离子动力电池复合正极材料，包括化学组成为LiNi0.5-xMn1.5-yMxNyO4的掺杂改性镍锰酸锂、炭黑纳米颗粒和碳纳米管；0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，x+y≤0.1；所述M和N独立地包括Mg、Zn、Cu、Co、Cr、Al、Ga、In、Tl、Ti、Si和Zr中的一种或多种。优选地，所述炭黑纳米颗粒和碳纳米管的质量之和占所述掺杂改性镍锰酸锂的质量的3％～10％。本专利技术还提供了上述技术方案所述锂离子动力电池复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：提供包括柠檬酸、锂源、镍源、锰源和掺杂源的混合溶液，调节pH值后加热，得到溶胶凝胶；将所述溶胶凝胶依次进行干燥和烧结，得到掺杂改性镍锰酸锂；将所述掺杂改性镍锰酸锂粉碎后，与炭黑纳米颗粒和碳纳米管混合，干燥，得到所述锂离子动力电池复合正极材料。优选地，所述粉碎后掺杂改性镍锰酸锂的粒径＜1μm。优选地，所述干燥的方式为喷雾干燥法，所述喷雾干燥的环境温度为120～200℃，粉体干燥温度为80～150℃。优选地，所述镍源包括醋酸镍、碳酸镍、硝酸镍、草酸镍、镍的氢氧化物和镍的氧化物中的一种或多种。优选地，所述掺杂源包括掺杂元素的醋酸盐、碳酸盐、硝酸盐、草酸盐、氢氧化物和氧化物中的一种或多种。优选地，所述烧结依次包括第一烧结和第二烧结，所述第一烧结的温度为400～500℃，时间为3～6h，所述第二烧结的温度为700～850℃，时间为12～24h。优选地，所述柠檬酸、锂源、镍源、锰源和掺杂源的摩尔比为3:1:0.5-x:1.5-x:x:y，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，x+y≤0.1。本专利技术提供了一种锂离子动力电池复合正极材料，包括化学组成为LiNi0.5-xMn1.5-yMxNyO4的掺杂改性镍锰酸锂、炭黑纳米颗粒和碳纳米管；0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，x+y≤0.1；所述M和N独立地包括Mg、Zn、Cu、Co、Cr、Al、Ga、In、Tl、Ti、Si和Zr中的一种或多种。本专利技术通过采用炭黑纳米颗粒和碳纳米管对掺杂改性镍锰酸锂共修饰，利用掺杂改性镍锰酸锂和碳纳米管具有的三维联络结构固结增强复合正极材料的结构稳定性，抑制充放电过程中电解液对复合正极材料结构的破坏；利用炭黑纳米颗粒近程导电以及碳纳米管远程导电的共同作用，提高复合正极材料的导电性，同时炭黑纳米颗粒和碳纳米管的存在能够减少活性材料和电解液的直接接触面积，能够有效抑制电解液对复合正极材料中活性组分的侵蚀。实施例结果表明，当充电倍率为0.5C时，放电倍率为0.5～30C的放电比容量可达到107.1mAh/g～128.3mAh/g，循环200次容量保持率为95.3％～96.8％，说明本专利技术制备得到复合正极材料具有优异的大倍率性能。进一步地，在本专利技术提供的制备方法中，通过将掺杂改性镍锰酸锂进行粉碎，提高锂离子在复合正极材料中的扩散速率，与炭黑纳米颗粒和碳纳米管混合后，提高了碳材料与掺杂改性镍锰酸锂混合的均匀性，同时，有效避免了掺杂改性镍锰酸锂之间出现团聚现象。且本专利技术提供的制备方法工艺设备简单，原料来源广泛，制得的产品电化学性能优异，易于实现大规模化商业应用。附图说明图1为实施例1制备得到的锂离子动力电池复合正极材料的SEM图；图2为实施例2制备得到的锂离子动力电池复合正极材料的充放电曲线；图3为实施例3制备得到的锂离子动力电池复合正极材料的大倍率循环性能图。具体实施方式本专利技术提供了一种锂离子动力电池复合正极材料，包括化学组成为LiNi0.5-xMn1.5-yMxNyO4的掺杂改性镍锰酸锂、炭黑纳米颗粒和碳纳米管；0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，x+y≤0.1；所述M和N独立地包括Mg、Zn、Cu、Ni、Co、Cr、Al、Ga、In、Tl、Ti、Si和Zr中的一种或多种。在本专利技术中，所述炭黑纳米颗粒和碳纳米管的质量之和优选占所述掺杂改性镍锰酸锂的质量的3％～10％，进一步优选为3％～8％，更优选为5％～6％。在本专利技术中，所述炭黑纳米颗粒和碳纳米管的质量比为0.5～10：1。本专利技术还提供了上述技术方案所述锂离子动力电池复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：提供包括柠檬酸、锂源、镍源、锰源和掺杂源的混合溶液，调节pH值，后加热，得到溶胶凝胶；将所述溶胶凝胶依次进行干燥和烧结，得到掺杂改性镍锰酸锂；将所述掺杂改性镍锰酸锂粉碎后，与炭黑纳米颗粒和碳纳米管混合，干燥，得到所述锂离子动力电池复合正极材料。本专利技术提供包括柠檬酸、锂源、镍源、锰源和掺杂源的混合溶液，调节pH值后加热，得到溶胶凝胶。在本专利技术中，若没有特殊说明，所采用原料均为本领域常规市售产品。在本专利技术中，所述锂源优选包括碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、柠檬酸锂、草酸锂和氢氧化锂中的一种或多种。在本专利技术中，所述镍源优选包括醋酸镍、碳酸镍、硝酸镍、草酸镍、镍的氢氧化物和镍的氧化物中的一种或多种。在本专利技术中，所述锰源优选包括醋酸锰、碳酸锰、硝酸锰、草酸锰、锰的氢氧化物和锰的氧化物中的一种或多种，所述锰的氧化物优选为化学二氧化锰或电解二氧化锰。在本专利技术中，所述掺杂源优选包括掺杂元素的醋酸盐、碳酸盐、硝酸盐、草酸盐、氢氧化物和氧化物中的一种或多种。在本专利技术中，所述炭黑纳米颗粒优选为SP或VXC-72R。在本专利技术中，所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管(MWCNTs)或单壁碳纳米管(SWCNTs)。在本专利技术中，所述柠檬酸、锂源、镍源、锰源和掺杂源的摩尔比优选为3:1:0.5-x:1.5-x:x:y，0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，x+y≤0.1。本专利技术通过采用炭黑纳米颗粒和碳纳米管对掺杂改性镍锰酸锂共修饰，利用掺杂改性镍锰酸锂和碳纳米管具有的三维联络结构固结增强复合正极材料的结构稳定性，抑制充放电过程中电解液对复合正极材料结构的破坏；利用炭黑纳米颗粒近程导电以及碳纳米管远程导电的协同作用，提高复合正极材料的电化学性能，同时炭黑纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子动力电池复合正极材料，其特征在于，包括化学组成为LiNi

【技术特征摘要】
1.一种锂离子动力电池复合正极材料，其特征在于，包括化学组成为LiNi0.5-xMn1.5-yMxNyO4的掺杂改性镍锰酸锂、炭黑纳米颗粒和碳纳米管；0≤x≤0.1，0≤y≤0.1，x+y≤0.1；所述M和N独立地包括Mg、Zn、Cu、Co、Cr、Al、Ga、In、Tl、Ti、Si和Zr中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池复合正极材料，其特征在于，所述炭黑纳米颗粒和碳纳米管的质量之和占所述掺杂改性镍锰酸锂的质量的3％～10％。


3.根据权利要求1或2所述的锂离子动力电池复合正极材料，其特征在于，所述炭黑纳米颗粒和碳纳米管的质量比为0.5～10：1。


4.权利要求1～3任一项所述锂离子动力电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供包括柠檬酸、锂源、镍源、锰源和掺杂源的混合溶液，调节pH值后加热，得到溶胶凝胶；
将所述溶胶凝胶依次进行干燥和烧结，得到掺杂改性镍锰酸锂；
将所述掺杂改性镍锰酸锂粉碎后，与炭黑纳米颗粒和碳纳米管混合，干燥，得到所述锂离子动力电池复合正极材料。
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵红远，董丽，付成果，冯宜鹏，张明明，张亚奇，吴婷婷，尹清帅，申东辉，周宇，赵孟元，申彦胜，李勇峰，苏建修，
申请(专利权)人：河南科技学院，
类型：发明
国别省市：河南;41