用二氧化碳作催化剂制备锂离子电池正极材料LiCoxNiyMnzO2的方法技术

用二氧化碳作催化剂制备锂离子电池正极材料ＬｉＣｏ↓［ｘ］Ｎｉ↓［ｙ］Ｍｎ↓［ｚ］Ｏ↓［２］的方法，它涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法。本发明专利技术解决了现有方法中碳酸盐溶液的碱性较低导致正极材料结晶度差，正极放电容量低、充放电循环次数少的问题。本发明专利技术方法如下：１．将钴盐、镍盐、锰盐溶于蒸馏水得到体系１；２．将碳酸钠与氨水溶于蒸馏水中，得到体系２；３．将体系１与体系２加入到蒸馏水中后过滤，再将滤渣干燥，得到前躯体粉末；４．将锂源与前躯体粉末球磨混合后烧结，即得锂离子电池正极材料。本发明专利技术制得的锂离子电池正极材料结晶度高、放电容量高，并且３０次循环后本发明专利技术制得的锂离子电池正极材料的容量保持率达到了９８．６％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法。
技术介绍
目前所开发的锂离子电池正极材料有很多体系，其中层状锂过渡金属氧化 物体系(LiCoxNiyMnz02， 0《x,y，z《1)具有性能稳定、安全性高等优点，共 沉淀方法是制备锂过渡金属氧化物系列电极材料的重要方法，在共沉淀方法 中，以碳酸盐作为沉淀剂的又称为碳酸盐共沉淀法。由于碳酸根可以与过渡金 属形成稳定的二价碳酸盐，避免了过渡金属被进一步氧化。但是，由于碳酸盐 溶液的碱性较低，在反应过程中溶液的Ph值较低，反应过程中部分离子不完 全沉淀，导致所制备的正极材料结晶度差，所得正极材料制备的正极放电容量 低、充放电循环次数少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了解决现有方法中碳酸盐溶液的碱性较 低导致正极材料结晶度差，正极放电容量低、充放电循环次数少的问题，提供 了一种用二氧化碳作催化剂制备锂离子电池正极材料LiCoxNiyMnz02的方法。本专利技术用二氧化碳作催化剂制备锂离子电池正极材料LiCoxNiyMnz02的方 法如下 一、依照化学式LiCoxNiyMnz02，按Li元素、Ni元素与Mn元素摩尔比为X : y : Z的比例分别称取钴盐、镍盐和锰盐，然后溶于蒸馏水中，得到体系l，其中0《x,0《y,z《1， x、 y、 z不同时为0; 二、将碳酸钠和氨水溶 于蒸馏水中，得到体系2，其中体系l中钴离子、镍离子和锰离子总物质的量 与碳酸钠物质的量比为(x+y+z) : 1;三、在二氧化碳气氛、水温为30。C 6(TC、 pH值为8~9的条件下将体系1与体系2加入到蒸馏水中，然后在搅拌速度为 500 1000转/分的条件下搅拌12小时、过滤，再将滤渣用质量浓度为95%的 乙醇及蒸馏水洗涤的顺序交替洗涤3次，再然后将滤渣在室温、真空度为 -O.lMPa的条件下干燥10小时，得到前躯体粉末；四、将锂源与前躯体粉末 按1~1.3 : 1的摩尔比球磨混合2 6小时，再在600。C 90(TC的条件下烧结10小时，即得锂离子电池正极材料LiC NiyM^02;其中步骤一体系1中钴盐的 浓度为0.5~2 mol/L;步骤三中体系1与体系2的体积比为1:1，蒸馏水与体 系1的体积比为2.5 10 : 1。本专利技术步骤一中所述的钴盐为硫酸钴、乙酸钴和硝酸钴中的一种或其中几 种的组合；步骤一中所述的镍盐为硫酸镍、乙酸镍和硝酸镍中的一种或其中几 种的组合；步骤一中所述的锰盐为硫酸锰、乙酸锰和硝酸锰中的一种或其中几 种的组合；步骤二中氨水的浓度为0.1 0.5 mol/L;步骤四中所述的锂源为碳酸 锂或氢氧化锂；步骤四中球磨的物料比为10 : 1。本专利技术采用二氧化碳作为催化剂，二氧化碳部分溶于反应溶液，既提高了 反应溶液中碳酸根离子的浓度、降低了反应溶液中的残余离子量，又避免了过 渡金属离子被氧化，从而提高了电极材料的纯度和结晶度；采用氨水作为螯合 剂，与过渡金属离子形成均匀的中间体，提高了材料的均匀性。本专利技术制得的锂离子电池正极材料LiCoxNiyMnz02比未采用二氧化碳作 为催化剂制得的电池正极材料的结晶度高、放电容量高，在充放电30次循环 后本专利技术制得的锂离子电池正极材料的容量保持率达到了 98.6%。附图说明图1是具体实施方式七十所得电池正极材料的X射线衍射图。图2是具 体实施方式七十一所得锂离子电池正极材料的X射线衍射图。图3是具体实 施方式七十所得电池正极材料的放电曲线图。图4是具体实施方式七十一所得 锂离子电池正极材料的放电曲线图。图5是具体实施方式七十所得电池正极材 料的循环性能曲线图。图6是具体实施方式七十一所得锂离子电池正极材料的 循环性能曲线图。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方 式间的任意组合。具体实施方式一本实施方式用二氧化碳作催化剂制备锂离子电池正极材料LiCoxNiyMnz02的方法如下 一、依照化学式LiCoxNiyMnz02，按Li元素、 Ni元素与Mn元素摩尔比为x : y : z的比例分别称取钴盐、镍盐和锰盐，然后 溶于蒸馏水中，得到体系l，其中0《x，0《y，z《1， x、 y、 z不同时为0; 二、将碳酸钠和氨水溶于蒸馏水中，得到体系2，其中体系l中钴离子、镍离子和锰离子总物质的量与碳酸钠物质的量比为(x+y+z) : 1;三、在二氧化碳气氛、 水温为30°C~60°C、 pH值为8~9的条件下将体系1与体系2加入到蒸馏水中， 然后在搅拌速度为500 1000转/分的条件下搅拌12小时、过滤，再将滤渣用 质量浓度为95%的乙醇及蒸馏水洗涤的顺序交替洗涤3次，再然后将滤渣在室 温、真空度为-0.1MPa的条件下干燥10小时，得到前躯体粉末；四、将锂源 与前躯体粉末按1~1.3 : 1的摩尔比球磨混合2 6小时，再在60(TC 90(TC的 条件下烧结10小时，即得锂离子电池正极材料LiCoxNiyMnz02;其中步骤一 体系1中钴盐的浓度为0.5~2 mol/L;步骤三中体系1与体系2的体积比为1 :1，蒸馏水与体系1的体积比为2.5~10 : 1。本实施方式所用球磨机为南京大学仪器厂生产的QM-3SP04的行星式球 磨机。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的钴盐为硫酸钴、乙酸钴或硝酸钴。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的 钴盐为硫酸钴、乙酸钴和硝酸钴中任意两种的组合物。其它与具体实施方式一 相同。本实施方式中所述的钴盐中两种成分按任意比混合。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的 镍盐为硫酸镍、乙酸镍和硝酸镍的组合物。其它与具体实施方式一相同。 本实施方式中所述的钴盐中三种成分按任意比混合。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是歩 骤一中所述的镍盐为硫酸镍、乙酸镍或硝酸镍。其它与具体实施方式一、二、 三或四相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是步 骤一中所述的镍盐为硫酸镍、乙酸镍和硝酸镍中任意两种的组合物。其它与具 体实施方式一、二、三或四相同。本实施方式中所述的镍盐中两种成分按任意比混合。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是步6骤一中所述的镍盐为硫酸镍、乙酸镍和硝酸镍的组合物。其它与具体实施例方式一、 二、三或四相同。 本实施方式中所述的镍盐中三种成分按任意比混合。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式五、六或七不同的是步骤一 中所述的锰盐为硫酸锰、乙酸锰或硝酸锰。其它与具体实施方式五、六或七相 同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式五、六或七不同的是步骤一 中所述的锰盐为硫酸锰、乙酸锰和硝酸锰中任意两种的组合物。其它与具体实 施方式五、六或七相同。本实施方式中所述的锰盐中两种成分按任意比混合。具体实施方式十本实施方式与具体实施方式五、六或七不同的是步骤一 中所述的锰盐为硫酸锰、乙酸锰和硝酸锰的组合物。其它与具体实施方式五、 六或七相同。本实施方式中所述的锰盐中三种成分按任意比混合。具体实施方式十一本实施方式与具体实施方式一、二、三、四、八、九 或十不同的是步骤二中氨水的浓度为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
用二氧化碳作催化剂制备锂离子电池正极材料ＬｉＣｏ↓［ｘ］Ｎｉ↓［ｙ］Ｍｎ↓［ｚ］Ｏ↓［２］的方法，其特征在于用二氧化碳作催化剂制备锂离子电池正极材料ＬｉＣｏ↓［ｘ］Ｎｉ↓［ｙ］Ｍｎ↓［ｚ］Ｏ↓［２］的方法如下：一、依照化学式ＬｉＣｏ↓［ｘ］Ｎｉ↓［ｙ］Ｍｎ↓［ｚ］Ｏ↓［２］，按Ｌｉ元素、Ｎｉ元素与Ｍｎ元素摩尔比为ｘ∶ｙ∶ｚ的比例分别称取钴盐、镍盐和锰盐，然后溶于蒸馏水中，得到体系１，其中０≤ｘ，０≤ｙ，ｚ≤１，ｘ、ｙ、ｚ不同时为０；二、将碳酸钠和氨水溶于蒸馏水中，得到体系２，其中体系１中钴离子、镍离子和锰离子总物质的量与碳酸钠物质的量比为（ｘ＋ｙ＋ｚ）∶１；三、在二氧化碳气氛、水温为３０℃～６０℃、ｐＨ值为８～９的条件下将体系１与体系２加入到蒸馏水中，然后在搅拌速度为５００～１０００转／分的条件下搅拌１２小时、过滤，再将滤渣用质量浓度为９５％的乙醇及蒸馏水洗涤的顺序交替洗涤３次，再然后将滤渣在室温、真空度为－０．１ＭＰａ的条件下干燥１０小时，得到前躯体粉末；四、将锂源与前躯体粉末按１～１．３∶１的摩尔比球磨混合２～６小时，再在６００℃～９００℃的条件下烧结１０小时，即得锂离子电池正极材料ＬｉＣｏ↓［ｘ］Ｎｉ↓［ｙ］Ｍｎ↓［ｚ］Ｏ↓［２］；其中步骤一体系１中钴盐的浓度为０．５～２ｍｏｌ／Ｌ；步骤三中体系１与体系２的体积比为１∶１，蒸馏水与体系１的体积比为２．５～１０∶１。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓超，王宇，赵儒衿，田英，
申请(专利权)人：哈尔滨师范大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]