一种正极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。所述制备方法包括：(1)对反应原料进行混合破碎，得到混合粉料；(2)在保护性气氛下，对步骤(1)所述混合粉料进行加热反应，得到正极材料；所述正极材料包括亚铁酸锂；其中，所述反应原料包括锂源、碳源和铁源，所述铁源为亚铁盐。本发明专利技术提供的制备方法原料成本低、生产工艺相对简单、安全性高，可以获得高质量的亚铁酸锂正极材料。本发明专利技术提供的亚铁酸锂正极材料首次放电比容量高，首次效率高，循环性能优良，适于作为锂离子电池正极材料。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料及其制备方法和锂离子电池
本专利技术属于电池
，涉及一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
自从1992年锂离子电池实现商业化生产以来，锂离子电池就以高电压、高比容量、无污染、循环寿命长、自放电小以及安全性能好的特点决定了它在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等许多领域有着广阔的应用前景，锂离子电池已经成为高能电源中最重要的研究对象。目前锂离子电池常用正极材料是锂过渡金属复合氧化物，包括钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)及其衍生材料，如镍钴锰酸锂(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)等。国内外对此开展了大量基础研究并基本实现产业化，但这些正极材料往往包含比较稀少的金属元素如Co、Ni等，造成价格较高，生产工艺要求较高，同时工作不稳定，容易受热、撞击而发生爆炸、燃烧等种种事故，这对锂离子电池在电动汽车等新领域的应用是致命的问题。CN110311128A公开了一种石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料及其制备方法，包括以碳酸锂、四氧化三钴和液态聚丙烯腈低聚物作为原料，通过研磨、喷雾干燥、预加热、高温煅烧、搅拌、喷雾干燥、预氧化、二次高温煅烧处理，制备出石墨烯掺杂的钴酸锂正极材料。CN106486665A公开了一种低内阻钴酸锂正极材料及其制备方法和应用，该低内阻钴酸锂正极材料是以500nm～10μm粒径范围的小颗粒钴源为原料进行制备的，最终成品为团聚体形态，其一次粒径为200～700nm，二次粒径2～10μm。CN108511749A公开了一种掺杂铜镍酸锂正极材料及其制备方法和含有所述掺杂铜镍酸锂正极材料的锂离子电池。本专利技术掺杂铜镍酸锂正极材料分子式为Li2-yNayCuxNi1-xO2。其制备方法包括的步骤有：按照Li2-yNayCuxNi1-xO2化学计量比分别获取锂源、钠源、铜源和镍源、配制含锂源、钠源、铜源和镍源混合物浆料、将混合物浆料喷雾干燥处理和将所述前驱体粉体进行烧结处理。CN108511697A公开了一种铜镍酸锂正极材料及其制备方法和含有所述铜镍酸锂正极材料的锂离子电池。本专利技术铜镍酸锂正极材料分子式为Li2Cu0.5Ni0.5O2，且其晶粒形貌为棒状结构。其制备方法包括的步骤有：按照Li2Cu0.5Ni0.5O2化学计量比分别获取锂源、铜源和镍源、配制含锂源、铜源和镍源混合物浆料、将混合物浆料喷雾干燥处理和将所述前驱体粉体进行烧结处理。CN103474628A公开了一种碳包覆三元正极材料的制备方法及该碳包覆三元正极材料，制备方法包括以下步骤：S1、以镍盐、钴盐和锰盐为原料，制备三元正极材料前驱体；S2、制备导电碳分散体系：将导电碳分散于含有有机碳源的水中；S3、将三元正极材料前驱体和锂化合物加入到导电碳分散体系中，混合均匀，获得混合物；S4、将混合物在真空条件下烘干；S5、将经烘干的混合物在密闭条件下或者惰性气体保护的气氛中高温处理，获得碳包覆三元正极材料。但是上述现有技术的方法均存在着正极材料往往比较稀少的金属元素如Co、Ni等造成价格较高的问题。同时这些制备方法的生产工艺要求较高，产品工作不稳定，容易受热、撞击而发生爆炸、燃烧等种种事故。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种正极材料及其制备方法和锂离子电池。本专利技术提供的制备方法操作简单，原料成本低，产品性能好，特别适用于作为锂离子电池正极材料。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)对反应原料进行混合破碎，得到混合粉料；(2)在保护性气氛下，对步骤(1)所述混合粉料进行加热反应，得到所述亚铁酸锂正极材料；所述正极材料包括亚铁酸锂；其中，所述反应原料包括锂源、碳源和铁源，所述铁源为亚铁盐。本专利技术提供的制备方法中，不使用磷源。本专利技术提供的制备方法得到的产品主要由亚铁酸锂(Li2FeO2)组成，不含Co、Ni等高价格金属元素，可能包含少量杂质或者包含碳包覆层。本专利技术提供的制备方法因为在保护性气氛中进行加热并使用碳源防止Fe2+被氧化，所以能够得到亚铁酸锂正极材料。本专利技术中，加入碳源的目的是适量的碳源在高温反应中防止Fe2+被氧化以及防止颗粒之间的硬团聚，也同时有充当碳包覆层的作用。本专利技术提供的制备方法生产成本低，生产工艺相对简单，生产安全性高。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述反应原料中，铁元素和锂元素的摩尔比为(0.9-1.1):2，例如0.9:2、0.92:2、0.95:2、0.97:2、1.0:2、1.02:2、1.05:2、1.08:2或1.1:2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，采用上述趋近于1:2的铁元素和锂元素摩尔比，是因为加入相对多的锂源促使反应向生成正极材料方向进行，理想情况下也希望生成的正极材料中Fe元素全部以Fe2+的形式存在。优选地，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述亚铁盐包括醋酸亚铁、氯化亚铁或硫酸亚铁中的任意一种或至少两种的组合，优选为醋酸亚铁。醋酸亚铁中热分解温度偏低且在惰性气氛下可以分解生成FeO，H2O，CO2对环境相对更友好。优选地，所述醋酸亚铁包括无水醋酸亚铁和/或二水合醋酸亚铁。作为本专利技术优选的技术方案，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、石墨或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。优选地，以步骤(1)所述锂源和铁源的总质量为100％计，所述碳源的质量分数为4-6％，例如4％、4.5％、5％、5.5％或6％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，如果碳源的质量分数过高，并不会使材料性能进行一步提升，还可能因为过多的碳源还原了正极材料，导致材料表层结构一定程度被破坏；如果碳源的质量分数过低，会导致存在较多的Fe3+以及颗粒之间的硬团聚加剧。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述混合破碎的方法包括球磨。优选地，所述球磨使用的球磨机为行星式球磨机。优选地，所述混合破碎的时间为30-50min，例如30min、35min、40min、45min或50min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述保护性气氛包括氮气和/或氩气。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述加热反应在管式炉中进行。优选地，步骤(2)所述加热反应的温度为600-800℃，例如600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，如果加热反应的温度过高，将导致会导致生成材料一次颗粒过大，比容量偏低，颗粒间硬团聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)对反应原料进行混合破碎，得到混合粉料；/n(2)在保护性气氛下，对步骤(1)所述混合粉料进行加热反应，得到所述亚铁酸锂正极材料；所述正极材料包括亚铁酸锂；/n其中，所述反应原料包括锂源、碳源和铁源，所述铁源为亚铁盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对反应原料进行混合破碎，得到混合粉料；
(2)在保护性气氛下，对步骤(1)所述混合粉料进行加热反应，得到所述亚铁酸锂正极材料；所述正极材料包括亚铁酸锂；
其中，所述反应原料包括锂源、碳源和铁源，所述铁源为亚铁盐。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应原料中，铁元素和锂元素的摩尔比为(0.9-1.1):2；
优选地，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述亚铁盐包括醋酸亚铁、氯化亚铁或硫酸亚铁中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述醋酸亚铁包括无水醋酸亚铁和/或二水合醋酸亚铁。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、石墨或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，以步骤(1)所述锂源和铁源的总质量为100％计，所述碳源的质量分数为4-6％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合破碎的方法包括球磨；
优选地，所述混合破碎的时间为30-50min。


5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述保护性气氛包括氮气和/或氩气。


6.根据权利要求1-5任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红朝，江卫军，乔齐齐，孙明珠，马加力，许鑫培，王鹏飞，施泽涛，陈思贤，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32