锂电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于能源电化学领域，涉及一种锂电池正极材料及其制备方法。本发明专利技术的锂电池正极材料，其特征在于，正极材料为含有正极活性材料和固态电解质的混合材料。所述正极活性材料为锰酸锂(LiMn

【技术实现步骤摘要】
锂电池正极材料及其制备方法
本专利技术属于能源电化学领域，涉及一种锂电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
自从1991年索尼商业化了第一款锂离子电池，电池在便携式电子产品中应用广泛。随着电动汽车和电网储能系统的日益增长的需求，开发能量密度更高、循环寿命更长、成本可承受的电池是非常必要的。然而近年来手机、电脑以及电动汽车着火的事故不断发生，锂电池的安全问题在实际应用中变得越来越重要。现在市场上商业化的正极材料主要是三元正极材料(LiNi1-x-yCoxMnyO2，LiNi1-x-yCoxAlyO2)、钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)和磷酸铁锂(LiFePO4)。其中三元正极材料、钴酸锂和锰酸锂占据市场的90％，但是在循环过程中，正极材料中的高价钴、镍、锰等会和电解液反应，加速电解液的分解，进而使循环性能下降。目前，很多策略用来提高锂电池的循环稳定性，例如：氧化物包覆(Al2O3,ZrO2,CeO2,TiO2)、磷酸盐包覆(AlPO4,YPO4,Li3PO4)、氟化物包覆(AlF3,NH4AlF4)、固态电解质包覆(Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3,Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3,Li3xLa2/3-xTiO3)，然而这些包覆层是通过溶胶-凝胶法、喷涂或原子层沉积等方法合成，不适合大规模生产。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供锂电池正极材料，可以有效地提高锂电池的循环稳定性，同时提供一种简单的适合大规模工业生产的正极材料的制备方法。<br>本专利技术涉及一种锂电池正极材料及其制备方法，其特征在于，正极材料为含有正极活性材料和固态电解质的混合材料。所述正极活性材料为锰酸锂(LiMn2O4)、钴酸锂(LiCoO2)、三元正极材料(LiNi1-x-yCoxMnyO2、LiNi1-x-yCoxAlyO2)其中至少一种。所述固态电解质为Li1+xAlxTi2-x(PO4)3、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3、Li7-xLa3Zr2-xTaxO12、Li7La3Zr2O12中的至少一种。所述正极材料通过将正极活性材料和固态电解质混合、球磨、干燥、烧结制备而成。所述正极活性材料和固态电解质的混合质量比为(80～99.5):(20～0.5)，进一步优选(95.5～98.5):(4.5～1.5)。所述所述球磨的条件为：球料质量比为(5～20):1，优选(8～10):1；转速为500～1000r/min，优选700～1000r/min；球磨时间0.5h～24h，优选2h～10h；球磨介质为乙醇、丙酮、异丙醇、甲苯其中至少一种。所述烧结温度为400～900℃，优选500～700℃；烧结升温速率为0.5～20℃/min，优选2.5～5℃/min；烧结气氛为空气、氧气、氮气、氩气其中至少一种。所述正极材料应用于锂电池中，能显著提高锂电池的循环稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例1的X射线衍射图谱。图2是本专利技术实施例1的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例1的恒电流充放电曲线图。图4是本专利技术实施例1的循环性能图。图5是本专利技术实施例5的X射线衍射图谱。图6是本专利技术实施例5的扫描电镜图。图7是本专利技术实施例5的恒电流充放电曲线图。图8是本专利技术实施例5的循环性能图。图9是本专利技术实施例8的X射线衍射图谱。图10是本专利技术实施例9的X射线衍射图谱。图11是本专利技术对比例1的X射线衍射图谱。图12是本专利技术对比例1的扫描电镜图。图13是本专利技术对比例1的恒电流充放电曲线图。图14是本专利技术对比例1的循环性能图。图15是本专利技术对比例2的循环性能图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明，但是本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例1将钴酸锂(LiCoO2)和固态电解质Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3按96.5％:3.5％的质量比混合，以异丙醇为球磨介质，球料质量比为8:1，在750r/min球磨2h。将所得混合物干燥，然后在650℃烧结4h，得到正极材料。图1为该正极材料的X射线衍射图。制备的LiCoO2/Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3正极材料晶型良好，和原始的LiCoO2相比晶格结构没有变化。图2为该正极材料的扫描电镜图。Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3颗粒分布在LiCoO2的表面，而且球磨、烧结后钴酸锂的表面变得粗糙。分别将该正极材料和导电碳黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按照质量比为85:8:7混合均匀，用N-甲基吡咯烷酮(NMP)调浆，然后涂在铝箔上，110℃干燥、制成正极材料。用聚乙烯(PE)作为隔膜，金属锂片为负极，加入锂离子电池商业电解液1MLiPF6/EC/DEC，组装电池，进行恒流充放电和循环性能测试。图3为在0.15A/g的电流密度条件的恒电流充放电曲线图，其首圈放电比容量为134.7mAh/g，100圈后比容量缓慢增加到139.2mAh/g，循环1000圈后其比容量仍能达到136.4mAh/g。图4为在0.15A/g的循环性能图，循环1000次以后，容量保持率为98％，平均库伦效率大于99％，体现出良好的循环稳定性。实施例2将钴酸锂(LiCoO2)和固态电解质Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3按97.5％:2.5％的质量比混合，以乙醇为球磨介质，球料质量比为8:1，在750r/min球磨2h。将所得混合物干燥，然后在空气中650℃烧结6h，得到正极材料。实施例3将钴酸锂(LiCoO2)和固态电解质Li7La3Zr2O12按97.5％:2.5％的质量比混合，以异丙醇为球磨介质，球料质量比为10:1，在1000r/min球磨2h。将所得混合物干燥，然后在空气中650℃烧结4h，得到正极材料。实施例4将钴酸锂(LiCoO2)和固态电解质Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12按98.5％:1.5％的质量比混合，以乙醇为球磨介质，球料质量比为8:1，在750r/min球磨2h。将所得混合物干燥，然后在空气中650℃烧结6h，得到正极材料。实施例5将钴酸锂(LiCoO2)和固态电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3按96％:4％的质量比混合，以乙醇为球磨介质，球料质量比为8:1，在750r/min球磨2h。将所得混合物干燥，然后在空气中650℃烧结4h，得到正极材料。图5为该正极材料的X射线衍射图。通过该方法制备的LiCoO2/Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3正极材料晶型良好，和原始的LiCoO2相比晶格结构没有变化。图6为该正极材料的扫描电镜图。Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3纳米颗粒均匀分布在LiCoO2的表面。分别将该正极材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.锂电池正极材料及其制备方法，其特征在于，正极材料为含有正极活性材料和固态电解质的混合材料。/n

【技术特征摘要】
1.锂电池正极材料及其制备方法，其特征在于，正极材料为含有正极活性材料和固态电解质的混合材料。


2.根据权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述正极活性材料为锰酸锂(LiMn2O4)、钴酸锂(LiCoO2)、三元正极材料(LiNi1-x-yCoxMnyO2、LiNi1-x-yCoxAlyO2)其中至少一种。


3.根据权利要求1所述的锂电池正极材料，其特征在于，所述固态电解质为Li1+xAlxTi2-x(PO4)3、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3、Li7-xLa3Zr2-xTaxO12、Li7La3Zr2O12中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的锂电池正极材料及其制备方法，其特征在于，所述正极材料通过将正极活性材料和固态电解质混合、球磨、干燥、烧结制备而成。


5.根据权利要求4所述的正极材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱军，黄杜斌，
申请(专利权)人：李爱军，黄杜斌，北京金羽新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11