一种高能复合锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料的通式为：xLi2MnO3·yLiM2O4·(1-x-y)LiMˊO2；本发明专利技术高能复合锂离子电池正极材料的材料容量高、循环寿命长，提高了正极材料的电压范围、能量密度和高温循环性能；该材料原料成本较低、合成工艺简单，主要包括前驱体的制备和多晶固溶体的合成；前驱体制备采用液相共沉淀法，使各元素在原子水平上混合，所的产物均匀；材料加工性能良好，可用于电动汽车、自行车以及风电、核电、太阳能、电网调峰等行业的储能系统。
Anode material of high energy composite lithium ion battery
A high energy composite cathode material for lithium ion battery and its preparation method, a general formula of the cathode materials: xLi2MnO3 yLiM2O4 (1-x-y) LiM's O2; the invention of high energy composite cathode material of lithium ion battery materials, high capacity, long life cycle, improve the voltage range, the energy density of cathode materials and high temperature cycling performance; the material of raw materials with low cost, simple synthesis process, including the synthesis of precursor preparation and polycrystalline solid solution; precursor preparation by liquid phase co precipitation method, the mixture of elements at the atomic level, the product is uniform; the material processing performance is good, can be used for electric cars, bicycles and wind power, nuclear power, solar energy, power peaking in industries such as energy storage system.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池生产领域，公开了一种新型高能复合锂离子电池正极材料及其制 备方法。
技术介绍
随着锂离子电池用量的迅猛增加和电动汽车需要大容量的锂离子电池，迫切需 要发展具有高安全、高能量密度、高功率、长循环、高环保及价廉的锂离子电池材料。层状 Li2MnO3- LiMO2材料由于具有较高的比容量(大于200 mAh /g)、优异的常温和高温循环能 力而成为研究的热点。其与通常的层状正极材料如L ICoO2相比，在过渡金属层中含有一 定量的锂，因此也被称为富锂材料.1997年Numata率先报道了层状的LiCoO2-Li2MnO3固 溶体材料，当充电到4. 3 V时表现了稳定的循环性能(Chem Lett, 26 (1997)，725)，之后人 们进行了广泛的研究。mi等发现共沉淀方法合成的Li 02材料在 C /20电流倍率下的首次放电比容量为253 mAh /g, 2 C时的首次放电比容量仅为C /20 时的 69. 2%，材料的倍率性能有待改善(Electrochemical and Solid State Letters, 9，(2006) : A221)。LiM2O4材料由于其具备尖晶石系列材料独特的三维隧道结构，适合于 大电流充放电。因此我们制备了 Li2MnO3 · LiM2O4 · LiM ‘ O2系列材料，使其既有良好的倍率 性能，又具有较高的能量密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高能复合锂离子电池正极材料及其制备方法，得到一 种能量密度高、循环寿命长，电压范围大、高温循环性能良好的锂离子正极材料。本专利技术高能复合锂离子电池正极材料的组成通式为=XLi2MnO3 · yLiM02 · (Ι-χ-y) Li M、04其中0<x< 1，0<y< 1，其组成多样，可以为层状-层状复合材料，层状-尖晶石型复合材料或层 状-层状-尖晶石型复合材料。Μ、Μ'为多种金 属元素的组合，其中固定金属元素为Mn，其它金属元素为Li、Ni、Mg、Co、Zn、Cr、Ti、Fe、V、 ^ 中的一种或几种。高能复合锂离子电池正极材料的制备方法采用下述工艺步骤1)将可溶性锰盐、金属M的可溶性盐按分子式的摩尔比例配制成离子浓度为 0. 5-2. Omol/L (优选0. 8 — 1. 2 mol/L,更优1. 0 mol/L)的可溶盐混合水溶液I，配后溶液 质量大于0 — 加入反应釜中。Μ、Μ'为多种金属元素的组合，其中固定金属元素为Mn， 其它金属元素为Li、Ni、Mg、Co、Zn、Cr、Ti、i^e、V、Zr中的一种或几种；2)将上述可溶盐混合溶液I和添加剂同时均勻连续地加入到反应器中进行反应，控制 反应的Ph值为9 - 11，反应温度为40 - 80°C，反应的同时进行搅拌，加料结束后继续搅拌 0. 5-10小时，得到混合物料；3)抽滤、80- 120°C烘干；4)将上述前驱体与锂盐按分子式比例混合均勻，或在去离子水和无水乙醇中混合均 勻，干燥后得到干燥混合物；5)将上述干燥混合物在400- 600°C温度下恒温0. 5-10小时，冷却后研磨，再在800 — 1000°C温度下恒温煅烧5 - 20小时，冷却、粉碎、筛分、分级，得到最终产品。所述锂盐为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、氯化锂、氟化锂中的一种或一种以上的混 合物。所述M、iT的可溶性盐为Μ、IT的氯化物、氟化物、碘化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、草酸盐中的一种或几种。所述添加剂为铵离子、胼、甘氨酸、乙二醇、乙二胺、十二一十六烷基磺酸钠和聚乙 二醇中一种以上物质组成，所述铵离子是氨、氯化铵、碳酸铵或氟化铵。本专利技术高能复合锂离子电池正极材料的材料容量高、循环寿命长，提高了正极材 料的电压范围、能量密度和高温循环性能；该材料原料成本较低、合成工艺简单，主要包括 前驱体的制备和多晶固熔体的合成；前驱体制备采用液相共沉淀法，使各元素在原子水平 上混合，所的产物均勻；材料加工性能良好，可用于电动汽车、自行车以及风电、核电、太阳 能、电网调峰等行业的储能系统。附图说明图1是实施例1的SEM图； 图2是实施例1的XRD图3是实施例1的充放电容量图； 图4是实施例1的循环性能图； 图5是实施例2的SEM图； 图6是实施例2的充放电容量图； 图7是实施例3的SEM图； 图8是实施例3的循环性能图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术高能复合锂离子电池正极材料及其制备方法作进一步 的说明。本专利技术高能复合锂离子电池正极材料的通式为XLi2Mn03-yLiM204-(l-X-y)LiM ‘ O2 其中0<x<l，O^y < I0该材料的组成方式多样，可以是层状-层状复合，分子式通 式为XLi2MnO3- (1-x) LiMO2，其中0 < χ < 1 ；或者是层状-尖晶石型复合，分子式通式为 XLi2MnO3- (1-x) Li M' 204，其中0 < χ < 1 ；还可以是层状-层状-尖晶石型复合，分子 式通式为 xLi2Mn03-y LiMO2-(Ι-χ-y) Li M ‘ 204，其中 0<x<l, 0 彡 y<l。 Μ、]\Τ* 多种金属元素的组合，其中固定金属元素为Mn，其它金属元素为Li、Ni、Mg、Co、Zn、Cr、Ti、 Fe, V, Zr中的一种或几种。实施例一分子式为0. 5Li2Mn03 · 0. 5 LiNi0.5Μη0.502的层状-层状复合材料合成。方法如下将溶液浓度为2mol/L的氢氧化钠碱液、0. 5mol/L的硫酸镍溶液、1. 5mol/L的硫酸锰溶液配制后与溶液质量lwt%的氯化铵添加剂以10L/h的流速同时加入 到反应釜中，以lOOOr/min的搅拌速度连续搅拌使其生成均一的沉淀，得到含镍锰的前躯 体。按镍锰物质的量碳酸锂物质的量比1.4:1的比例放入行星球磨机中混合均勻，转速 为200r/min，时间为4h，得到前躯体混合物。将前驱体混合物至于箱式炉中，以5°C /min 的升温速度到800°C保温1 后自然冷却到室温。经过粉碎、筛分得到0. 5Li2Mn03 · 0. 5 LiNia5MnaA的层状-层状复合材料将实施例一得到的复合正极材料进行SEM、XRD检测，结果如图1、图2所示。将该材料 组装成扣式电池对其电化学性能进行测试，充放电电压范围为3. 0 — 5. 0V，如图3图4所 示，首次放电容量为217. 7mAh/g,40轮容量保持率为95%以上。实施例二分子式为0. 5Li2Mn03 · 0. 5LiMn204的层状-尖晶石型复合材料合成。方法如下将将溶液浓度为2mol/L的氢氧化钠碱液和2mol/L的硫酸锰溶液配制 后与溶液质量lwt%的氯化铵添加剂以10L/h的流速同时加入到反应釜中，以lOOOr/min的 搅拌速度连续搅拌使其生成均一的沉淀，得到含锰的前躯体。氢氧化锂和前躯体以物质的 量比为1. 05:1的比例放入行星球磨机中混合均勻，转速为400r/min，时间为4h，得到前躯 体混合物，将前驱体混合物至于箱式炉中，以5°C /min的升温速度到850°C保温20h后自然 冷却到室温。经过粉碎、筛分得到0. 5Li2本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高能复合锂离子电池正极材料，其特征在于：所述高能复合锂离子电池正极材料组成通式为：ｘＬｉ２ＭｎＯ３·ｙ ＬｉＭＯ２·（１－ｘ－ｙ） Ｌｉ Ｍˊ２Ｏ４；其中０＜ｘ＜１， ０≤ｙ＜１。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴宁宁，刘建红，谢娇娜，宋文娥，王雅和，
申请(专利权)人：中信国安盟固利动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11
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