用钒离子和钠离子共同取代的三元正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料及其制备方法。所述正极材料的化学式为Li

Ternary anode material and its preparation method replaced by vanadium ion and sodium ion

【技术实现步骤摘要】
用钒离子和钠离子共同取代的三元正极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料，具体涉及一种用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料及其制备方法，属于材料学

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正极材料之一。其中LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2具有高的放电比容量、电压范围宽和对环境毒性小等优点，但材料中存在锂镍混排和放电过程中会发生相转变问题，使得电池的放电比容量、循环稳定性和倍率性能低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有技术中锂离子三元正极放电比容量和倍率性能低的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料，其特征在于，其化学式为Li1-xNax[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-yVy]O2，其中，0.005≤x≤0.02，0.005≤y≤0.02。优选地，所述x的值为0.005、0.01或0.02；所述y的值为0.005、0.01或0.02。r>本专利技术还提供了上述钒离子和钠离子共同取代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：步骤1)：称取360～366重量份数的氢氧前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2，172.9～175.4重量份数的氢氧化锂，1.82～7.28重量份数的五氧化钒，1.68～6.72重量份数的碳酸氢钠，震荡混合均匀；步骤2)：将步骤1)震荡混合的样品中加入酒精，研磨至酒精完全挥发，得到粉末前驱体混合物；步骤3)：将步骤2)所得的粉末前驱体混合样品压制成块状；步骤4)：将步骤3)压制好的样品在含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850～950℃保温10～15小时，降至室温后即得钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料。优选地，所述步骤3)中的压力为4MPa。优选地，所述x＝0.005，y＝0.005时，步骤1)中原料的重量份数为：氢氧前驱体366份，氢氧化锂175.4份，五氧化钒1.82份，碳酸氢钠1.68份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到850℃保温10小时；所述x＝0.005，y＝0.01时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体364份，氢氧化锂175.4份，五氧化钒3.64份，碳酸氢钠1.68份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到850℃保温10小时；所述x＝0.005，y＝0.02时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体360份，氢氧化锂175.4份，五氧化钒7.28份，碳酸氢钠1.68份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到850℃保温10小时；所述x＝0.01，y＝0.005时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体366份，氢氧化锂174.6份，五氧化钒1.82份，碳酸氢钠3.36份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到850℃保温10小时；所述x＝0.02，y＝0.005时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体366份，氢氧化锂172.9份，五氧化钒1.82份，碳酸氢钠6.72份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到850℃保温10小时；所述x＝0.01，y＝0.005时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体366份，氢氧化锂174.6份，五氧化钒1.82份，碳酸氢钠3.36份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到900℃保温10小时；所述x＝0.01，y＝0.005时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体366份，氢氧化锂174.6份，五氧化钒1.82份，碳酸氢钠3.36份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到950℃保温10小时；所述x＝0.01，y＝0.005时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体366份，氢氧化锂174.6份，五氧化钒1.82份，碳酸氢钠3.36份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：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；所述x＝0.01，y＝0.005时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体366份，氢氧化锂174.6份，五氧化钒1.82份，碳酸氢钠3.36份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到900℃保温15小时。本专利技术采用三元前驱体、氢氧化锂、五氧化钒和碳酸钠作为原料，通过混合均匀，经压块后在含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850～950℃保温10～15小时，降至室温得到用钒离子与钠离子共同取代的Li1-xNax[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-yVy]O2锂离子电池正极材料。本专利技术和与现有技术相比，具有较高的放电比容量和倍率性能，其工艺过程简单，易操作，适合工业化生产，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为实施例1所得用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料的XRD图谱；图2为实施例1所得用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料的精修图谱；图3为实施例1所得用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料的粒径SEM图；图4为实施例1所得用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料的首圈放电容量图；图5为实施例1所得用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料的倍率性能图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。以下实施例所用的Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2，购自海安智川电池材料科技有限公司，中国。(1)电池正极片的制备：将0.8g锂离子正极材料Li1-xNax[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-yVy]O2、0.1g导电碳粉、0.1g的聚偏氟乙烯(PVDF)，按质量比8:1:1混合均匀后，再加入0.05ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂，充分搅拌成粘性浆料，均匀涂覆于铝箔表面，鼓风烘干后置于120℃真空干燥箱干燥12h，多次辊压后获得正极片。(2)电池组装与性能测试：使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料，其特征在于，其化学式为Li

【技术特征摘要】
1.一种用钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料，其特征在于，其化学式为Li1-xNax[Ni0.6Co0.2Mn0.2]1-yVy]O2，其中，0.005≤x≤0.02，0.005≤y≤0.02。


2.如权利要求1所述的钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料，其特征在于，所述x的值为0.005、0.01或0.02；所述y的值为0.005、0.01或0.02。


3.权利要求1或2所述的钒离子和钠离子共同取代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：
步骤1)：称取360～366重量份数的氢氧前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2，172.9～175.4重量份数的氢氧化锂，1.82～7.28重量份数的五氧化钒，1.68～6.72重量份数的碳酸氢钠，震荡混合均匀；
步骤2)：将步骤1)震荡混合的样品中加入酒精，研磨至酒精完全挥发，得到粉末前驱体混合物；
步骤3)：将步骤2)所得的粉末前驱体混合样品压制成块状；
步骤4)：将步骤3)压制好的样品在含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850～950℃保温10～15小时，降至室温后即得钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料。


4.如权利要求3所述的钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的压力为4MPa。


5.如权利要求3所述的钒离子和钠离子共同取代的锂离子电池三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述x＝0.005，y＝0.005时，步骤1)中原料的重量份数为：氢氧前驱体366份，氢氧化锂175.4份，五氧化钒1.82份，碳酸氢钠1.68份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～570℃并保温3～5小时，接着升温到850℃保温10小时；
所述x＝0.005，y＝0.01时，步骤1中原料的重量份数为：氢氧前驱体364份，氢氧化锂175.4份，五氧化钒3.64份，碳酸氢钠1.68份；步骤4)中煅烧的工艺参数为：首先升温到530～...

【专利技术属性】
技术研发人员：章冬云，陈秋义，杜利春，王蒙蒙，王乃占，孙光翰，李卫东，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