一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料及其制备方法，包括：S1）将镍源、钴源、锰源、锂源、铷源、铯源均匀混合，并置于600~1000℃温度下煅烧5~10h，获得前驱体材料；S2）对高温煅烧后的前驱体材料进行退火处理，然后混入包覆剂和导电纳米碳材料，并置于球磨机中球磨0.5‑2h，获得锂电池正极材料。本发明专利技术一方面通过高温煅烧及研磨减小材料颗粒的粒径，增大材料的压实密度；另一方面通过选用铷/铯离子掺杂取代部分锂离子，起到了增大粒径的作用，减小了颗粒内部的间隙，同时铷/铯离子掺杂掺杂使得粒子棱角更为圆滑，从而增大材料的压实密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料及其制备方法
本专利技术属于锂电池材料制备领域，尤其涉及一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池以其具有工作电压高、比能量大、重量轻、体积小、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电和环境污染小等优势，越来越广泛应用于电动汽车和混合型电动汽车，是目前最引人关注的储能方式。锂电池正极材料压实密度低一直是影响锂电池性能的主要问题之一。目前，提高锂电池正极材料压实密度的主要方法包括有：通过包覆、掺杂等方法减少导电剂和粘结剂的用量来提高压实密度。掺杂改性一般是通过改变材料的晶格常数或材料中部分元素的价态来提高材料结构的稳定性，提高材料的电子电导率和离子电导率，降低阳离子混排，使电池的输出功率密度增加。专利申请CN108023078A公开了一种金属离子掺杂的方法，制备出单晶形貌的高镍三元正极材料，这可以增强高镍三元正极材料的循环性能；但是，其制备的材料颗粒大小不均匀，性能不稳定，压实密度仍然较低。
技术实现思路
针对上述现有技术中锂电池正极材料压实密度低的技术问题，本专利技术提出一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料及其制备方法，一方面通过高温煅烧及研磨减小材料颗粒的粒径，增大材料的压实密度；另一方面通过选用铷/铯离子掺杂取代部分锂离子，起到了增大粒径的作用，减小了颗粒内部的间隙，增大了材料的真实密度。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高压实密度铷掺杂锂电池正极材料，以三元镍钴锰正极材料(NCM)为基体，掺杂铷化合物和铯化合物。另外，本专利技术同时提供一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料的制备方法，包含以下步骤：S1)将镍源、钴源、锰源、锂源、铷源、铯源均匀混合，并置于600～1000℃温度下煅烧5～10h，获得前驱体材料；S2)对高温煅烧后的前驱体材料进行退火处理，然后混入包覆剂和导电纳米碳材料，并置于球磨机中研磨0.5-2h，获得高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料；S3)将步骤S2)制备的锂电池正极材料与导电剂、粘结剂按照质量比5～6：1～2：0.5～1共混后超声2～4h，得到高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料浆料；S4)采用刮涂的方式将步骤S3)制备的锂电池正极材料浆料涂布到铝箔表面，并置于80～120℃真空环境下干燥8～12h，得到高压实密度的铷掺杂锂电池正极电极片。优选地，步骤S1)所述的镍源为硝酸镍(Ni(NO3)2)、硫酸镍(NiSO4)或碳酸镍(NiCO3)等；所述的钴源为碳酸钴(CoCO3)、硫酸钴(CoSO4)或硝酸钴(Co(NO3)2)等；所述的锰源为碳酸锰(MnCO3)、硝酸钴(Mn(NO3)2)或醋酸锰(Mn(CH3COO)2)等；所述的锂源为氢氧化锂(LiOH)或碳酸锂(Li2CO3)等；所述的铷源为氢氧化铷(RbOH)或碳酸铷(Rb2CO3)等；所述的铯源为碳酸铯(Cs2CO3)或碳酸氢铯(CsHCO3)等。优选地，镍源、钴源、锰源、锂源、铷源、铯源、包覆剂和导电纳米碳材料的质量比为5～10：2～4：2～4：1～3：0.5～1：0.3～0.7：10～20：0.5～2。优选地，步骤S2)所述的包覆剂为聚酰胺溶液或聚乙烯吡咯烷酮溶液，质量分数控制2～5wt％范围内，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂。优选地，步骤S2)所述的导电纳米碳材料由碳纳米管和导电炭黑组成；碳纳米管和导电炭黑的用量分别为正极活性物质总质量的0.02～0.04wt％、0.6～1.0wt％；正极活性物质总质量即为镍源、钴源、锰源、锂源四者的总质量按质量百分比计包括占活性物质的0.02～0.04wt％的碳纳米管、0.6～1.0wt％的导电炭黑。优选地，所述碳纳米管的直径为2～7nm，长度为2～15um；所述导电炭黑的比表面在50～100m2/g，颗粒粒径在20～35nm。优选地，所述的导电剂为乙炔黑或Super-P等；所述的粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或羟甲基纤维素钠(CMC)等。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术一方面通过高温煅烧及研磨减小材料颗粒的粒径，增大材料的压实密度；另一方面通过选用铷/铯离子掺杂取代部分锂离子，起到了增大粒径的作用，减小了颗粒内部的间隙，同时铷/铯离子掺杂使得粒子棱角更为圆滑，从而增大材料的压实密度。附图说明图1本专利技术实施例1与对照样1分别制备的电极极片的循环充放电曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例1一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：S1)按照质量份将硝酸镍5份、碳酸钴2份、碳酸锰2份、碳酸锂1份、碳酸铷0.5份、碳酸铯0.3份均匀混合，并置于管式炉中在600℃高温条件下煅烧10h，获得前驱体材料。S2)对步骤S1)高温煅烧后的前驱体材料进行退火处理，然后混入依照步骤S1)的质量份基准混入10份2wt％含量的聚酰胺溶液(以N-甲基吡咯烷酮为溶剂)、1份导电纳米碳材料(导电纳米碳材料由碳纳米管和导电炭黑组成；碳纳米管和导电炭黑的用量分别为正极活性物质总质量的0.02wt％、0.6wt％，正极活性物质总质量即为镍源、钴源、锰源、锂源四者的总质量；其中碳纳米管的直径为2nm左右，长度为2um左右，导电炭黑的比表面在50m2/g左右，颗粒粒径在20nm左右)，并置于球磨机中研磨0.5h，获得高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料；S3)将步骤S2)制备的高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯按照质量比5：1：0.5共混后超声2h，得到高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料浆料；S4)采用刮涂的方式将步骤S3)制备的高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料浆料均匀涂布到铝箔表面，然后置于80℃真空环境下干燥12h，得到高压实密度的铷掺杂锂电池正极电极片。将实施例1所得电极极片在30-40Mpa压力下辊压成型，辊压后极片面密度达到2.54g/cm3，磷酸铁锂克容量>165.2mAh/g，循环性能为>93％(1000次循环)。此外，按照本实施例步骤制备不掺杂铷源的电极极片作为对比样1，同样地，将电极极片在30-40Mpa压力下辊压成型，辊压后极片面密度在2.43g/cm3左右，磷酸铁锂克容量在143.3mAh/g左右，循环性能仅保持在84％左右(1000次循环)。实施例2一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料的制备方法，具体步骤如下：S1)按照质量份将硫酸镍10份、硫酸钴4份、硝酸锰4份、氢氧化锂3份、氢氧化铷1份、碳酸氢铯0.7份均匀混合，并置于管式炉中在1000℃高温条件下煅烧5h，获得前驱体材料。...

【技术保护点】
1.一种高压实的密度铷掺杂锂电池正极材料，其特征在于，以三元镍钴锰正极材料为基体，掺杂铷化合物和铯化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压实的密度铷掺杂锂电池正极材料，其特征在于，以三元镍钴锰正极材料为基体，掺杂铷化合物和铯化合物。


2.根据权利要求1所述的高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料，其特征在于，铷化合物采用的铷源为氢氧化铷或碳酸铷；铯化合物采用铯源为碳酸铯或碳酸氢铯。


3.一种高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1）将镍源、钴源、锰源、锂源、铷源、铯源均匀混合，并置于600~1000℃温度下煅烧5~10h，获得前驱体材料；
S2）对高温煅烧后的前驱体材料进行退火处理，然后混入包覆剂和导电纳米碳材料，并置于球磨机中研磨0.5-2h，获得高压实密度的铷掺杂锂电池正极材料。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，镍源、钴源、锰源、锂源、铷源、铯源、包覆剂和导电纳米碳材料的质量比为5~10：2~4：2~4：1~3：0.5~1：0.3~0.7：10~20：0.5~2。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S3）将步骤S2）制备的锂电池正极材料与导电剂、粘结剂按照质量比5~6：1~2：0.5~1共混后超声2~4h，得到锂电池正极材料浆料；
S4）采用刮涂的方式将步骤S3）制备的锂电池正极材料浆料涂布到...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐浩林，王仲明，陈智伟，陈志华，詹心泉，
申请(专利权)人：光鼎铷业广州集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44