锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料及其制备方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种锂离子电池正极材料，特别是ー种具有锂快离子导体相修饰的稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
电动汽车、动カ电池的发展对锂离子电池正极材料提出了更高的要求如高能量密度、高安全性、好的倍率性能、较宽的温度使用范围等。目前常用的正极材料，如钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、三元系(LiMn1/3Co1/3Ni1/302)、磷酸铁锂(LiFePO4)等都不能完全满足动力电池的需求。钴酸锂材料的比容量相对较高，循环和低温性能好，但价格高，且安全性不好；锰酸锂材料成本低，倍率性能好，但是其高温循环与储存性能差，而且能量密度偏低；三元材料能量密度高，价格相对较低，但同样也存在安全隐患；磷酸铁锂材料安全性 能好，但能量密度较低，而且低温性能较差。近年来，以Li2MnO3为稳定相的复合层状正极材料XLi2MnO3- (l_x) LiMO2(其中M=Mn、Ni、Co等)的研究较多，该材料具有结构稳定、比容量较高，而且锰资源丰富，价格低廉且环境友好的优点。但在实际的应用中，由于其电导率较低，导致材料的循环寿命差，容量衰减快，倍率性能不好，无法在电池，特别是动カ电池中使用。因此，迫切需要寻找ー种改性复合层状XLi2MnCV (I-X)LiMO2化合物的新方法，使其具有较高的放电比容量和充放电效率、较好的循环性能、倍率充放电性能以及温度适配性，以满足动カ电池的性能要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了ー种比容量高，倍率性能好，循环稳定，温度适配性强的新型锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料。本专利技术解决的另一个技术问题是提供了ー种操作简单、易于控制的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料的制备方法。本专利技术的技术方案为一种锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于该锂离子电池正极材料是由稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料XLi2MO3-(I-X)LiN1^yRyO2和锂快离子导体形成的复合材料，稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料 XLi2MO3. (1-x) LiUO2 中 M = Mn (锰)、Ti (钛)或 Sn (锡)，N=Mn (锰)、Ni(镍)、Co (钴)、Fe (铁)、Cr (铬)、V (钒)或 Mo (钥)，R = Sc (钪)、Y (钇)、Pr (镨)、Nd (钕)、La (镧)、Ce (铈)、Sm (钐)、Yb (镱)、Eu (铕)、Gd (钆)中的ー种或多种，其中0 < x < 1，0< y < 0. 2，锂快离子导体和稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料XLi2MCV (1-x)LiNhRyO2的复合方式可以是锂快离子导体包覆在稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料XLi2MCV (1-x) LiN1^yRyO2的表面，或者是锂快离子导体与稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料XLi2MCV (1-x) LiNhRyO2形成的固溶体，或者是锂快离子导体与稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料XLi2MCV (1-x) LiN1^yRyO2的物理混合，或者是上述三种复合方式中任意几种的联合使用，其中锂快离子导体和稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料 XLi2MO3. (1-x)LityRyO2 的摩尔比为 n :l，n 的范围为0〈n ( 0. 15。本专利技术所述的锂快离子导体可以是钙钛矿型锂快离子导体、Nasicon型锂快离子导体、Lisicon型锂快离子导体或Garnet型锂快离子导体。本专利技术所述的钙钛矿型锂快离子导体可以是Laa57Lia3Ti03、La0. 475L10.475Sr0.05fiC^、La0. 56li0.258Ti02.928卩0.072 或 Sr0.5La0. 05li0. 35ili0. 5ia0.503。本专利技术所述的Nasicon型锂快离子导体可以是LUna Ji1.ボル、Lii. 3^1o. 3T11.7P3O12 或 Li12Sc0 2Zr0 2Ti1 6 P3O12。本专利技术所述的Lisicon型锂快离子导体可以是Li3.25GeQ.25PQ.75S4。本专利技术所述的Garnet型锂快离子导体可以为Li5La3M2012(M=Ta、Nb)或Li6ALa2M2O12(A=Ca、Sr、Ba, M=Ta> Nb)。 本专利技术所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)按照所要制备的锂快离子导体相修饰的稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料的化学计量比称取所需原料加入球磨罐中，再加入事先配好的质量浓度为10%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液和水，其中PAM的分子量为200万 2000万，聚丙烯酰胺溶液的加入量为所称取的所有原料总质量的29^20% ； (2)上述物料在球磨罐中球磨0.5飞小时混合成均匀的浆料； (3)上述浆料置于干燥箱中在8(T15(TC干燥或置于微波炉中高火加热5 10分钟，得到蓬松的前驱体，再在富氧或空气气氛中75(T950°C烧结5 15小吋，即可得到目标产物锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料。本专利技术所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 (1)按照所要制备的锂快离子导体相修饰的稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料的化学计量比称取制备稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料所需的原料，加入球磨罐中，再加入事先配好的质量浓度为10%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液和水，其中PAM的分子量为200万 2000万，聚丙烯酰胺溶液的加入量为所称取的所有原料总质量的29^20% ； (2)上述物料在球磨罐中球磨0.5飞小时混合成均匀的浆料； (3)上述浆料置于干燥箱中在8(T15(TC干燥或置于微波炉中高火加热5 10分钟，得到蓬松的前驱体，再在富氧或空气气氛中75(T950°C烧结5 15小吋，即可得到稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料； (4)按照所要制备的锂快离子导体相修饰的稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料的化学计量比称取制备锂快离子导体所需要的原料，加水制成均匀的溶液或悬浮液，再加入上述第⑶步中制备的稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料和有机物柠檬酸或草酸于100°C温度下剧烈搅拌，其中添加有机物的物质的量是目标产物锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料中所有金属离子物质的量的广2倍，使水分蒸发至形成粘稠的胶体，把胶体在400°C加热形成前躯体，再在富氧或空气气氛中75(T850°C烧结5 12小吋，即可得到目标产物锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料。本专利技术所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)按照所要制备的锂快离子导体相修饰的稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料的化学计量比分别称取制备稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料和锂快离子导体所需原料，分别加入球磨罐中，再加入事先配好的质量浓度为10%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液和水，其中PAM的分子量为200万 2000万,聚丙烯酰胺溶液的加入量为所称取的所有原料总质量的2% 20% ； (2)上述物料分别在球磨罐中球磨0.5飞小时混合成均匀的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于：该锂离子电池正极材料是由稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2MO3？(1？x)LiN1？yRyO2和锂快离子导体形成的复合材料，稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2MO3？(1？x)LiN1？yRyO2中M？=？Mn（锰）、Ti（钛）或Sn（锡），N=Mn（锰）、Ni（镍）、Co（钴）、Fe（铁）、Cr（铬）、V（钒）或Mo（钼），R？=？Sc（钪）、Y（钇）、Pr（镨）、Nd（钕）、La（镧）、Ce（铈）、Sm（钐）、Yb（镱）、Eu（铕）、Gd（钆）中的一种或多种，其中0＜x＜1，0＜y＜0.2，锂快离子导体和稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2MO3？(1？x)LiN1？yRyO2的复合方式可以是锂快离子导体包覆在稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2MO3？(1？x)LiN1？yRyO2的表面，或者是锂快离子导体与稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2MO3？(1？x)LiN1？yRyO2形成的固溶体，或者是锂快离子导体与稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2MO3？(1？x)LiN1？yRyO2的物理混合，或者是上述三种复合方式中的任意几种的联合使用，其中锂快离子导体和稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料的摩尔比为？n：1，n的范围为：0...

【技术特征摘要】
1.一种锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于该锂离子电池正极材料是由稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2M03· (I-X)LiN1^yRyO2和锂快离子导体形成的复合材料，稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2M03· (I-X)LiN1^yRyO2中 M = Mn (锰)、Ti (钛)或 Sn (锡)，N=Mn (锰)、Ni (镍)、Co (钴)、Fe (铁)、Cr (铬)、V(钒)或 Mo (钥)，R = Sc (钪)、Y (钇)、Pr (镨)、Nd (钕)、La (镧)、Ce (铈)、Sm (钐)、Yb(镱)、Eu (铕)、Gd (钆)中的一种或多种，其中0<x<l，0<y<0. 2，锂快离子导体和稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2M03· (I-X)LiN1^yRyO2的复合方式可以是锂快离子导体包覆在稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2M03· (I-X)LiN1^yRyO2的表面，或者是锂快离子导体与稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料XLi2M03· (1-x)LiN1^yRyO2形成的固溶体，或者是锂快离子导体与稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料xLi2M03· (I-X)LiN1^yRyO2的物理混合,或者是上述三种复合方式中的任意几种的联合使用，其中锂快离子导体和稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料的摩尔比为η :l，n的范围为0<n彡O. 15。2.根据权利要求I所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于所述的锂快离子导体可以是I丐钛矿型锂快离子导体、Nasicon型锂快离子导体、Lisicon型锂快离子导体或Garnet型锂快离子导体。3.根据权利要求2所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于所述的I丐钛矿型锂快离子导体可以是LaQ.57LiQ.3Ti03、La0.475Li0.475Sr0.05Ti03>LaO. 56^ ο. 258^102. 928^0. 072 Sfa5La1105Lia35Tia5Ta115O304.根据权利要求2所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于所述的Nasicon型锂快离子导体可以是Li^4Ina Ji1.6P3012、Lih3Ala3Ti^7P3O12或T i Sr 7r Ti P Oj^1I. 2OL/0. 2^1 O. 2 1 1I. 6 r3w12°5.根据权利要求2所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于所述的Lisicon型锂快离子导体可以是Li3.25GeQ.25PQ.75S4。6.根据权利要求2所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料，其特征在于所述的 Garnet 型锂快离子导体可以为 Li5La3M2O12 (M=Ta、Nb)或 Li6ALa2M2O12 (A=Ca、Sr、Ba, M=Ta>Nb)。7.—种权利要求I所述的锂快离子导体相修饰的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(I)按照所要制备的锂快离子导体相修饰的稀土元素掺杂复合层状锂离子电池正极材料的化学计量比称取所需原料加入球磨罐中，再加入事先配好的质量浓度为10%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液和水，其中PAM的分子量为200万 2000万，聚丙烯酰胺溶液的加入量为所称取的所有原料总质量的2°/Γ20% ；(2)上述物料在球磨罐中球磨O. 5飞小时混合成均匀的浆料；(3)上述浆料置于干燥箱中在80 150°C...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹艳红，岳红云，曹朝霞，张会双，杨书廷，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：