一种掺杂碳纳米材料的前驱体及制备方法和球形锂金属氧化物正极材料及制备方法，它涉及一种前驱体及制备方法和锂金属氧化物正极材料及制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有技术无法制备出完善锂金属氧化物正极材料的前驱体，导致现有锂金属氧化物正极材料存在首次不可逆容量损失较大、倍率性能较差和振实密度较低的问题。一种前驱体是掺杂碳纳米材料的金属氢氧化物或金属碳酸盐；方法：先准备金属离子原料，再依次制备混合金属离子盐溶液、沉淀剂、络合剂和碳纳米材料悬浮液，然后共沉淀反应，再进行洗涤干燥处理；一种球形锂金属氧化物正极材料由含锂化合物和掺杂碳纳米材料的前驱体制备而成；方法：首先对前驱体预进处理，再混锂烧结。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种前驱体及制备方法和锂金属氧化物正极材料及制备方法。
技术介绍
锂离子电池因电压平台高、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等优势，逐渐成为镍氢、镍镉、铅酸等电池的替代品，并被广泛应用在日常生活、工业、军事等多种领域。正极材料是决定锂离子电池能量密度、使用寿命和安全性等性能的关键因素。目前市场上已批量应用的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。钴 酸锂的结构比较稳定，是一种非常成熟的正极材料，目前占据正极材料的主导地位，但是其资源有限、价格昂贵，存在环境污染问题，而且其使用寿命较短、安全性很差，发展受到限制。锰酸锂具有资源丰富、价格便宜、安全性好等优点，但是其循环稳定性差、与电解质相容性不好。磷酸铁锂材料具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、寿命长等优点，但是其振实密度较低、导电性差、锂离子扩散速度慢。而且，这几种材料的理论容量都不是非常高，其实际容量也多低于150mAh/g，这在很大程度上限制了锂离子电池的能量密度，因而制约了锂离子电池在便携式电子设备和电动汽车等领域的应用。近年来具备容量高、循环稳定性好和低成本等多种优势的镍钴锰等多元过渡金属嵌锂氧化物 Li1+xMnaCoeNi YMyO2 (其中 M 为 Cr、Al、Fe、Mg、Ag、T1、Cu、V、Y、La、Tm、Gd、Ho、Ce、Lu、Yb、Sc 中的一种或一种以上，且 a+3 + Y+y=l，0< a ^ 1,0 ^ ^ ^ 1,0 ^ y ^ I,0彡x彡0. 34,0彡y彡0. 5，P和Y不同时为零)正吸引国内外学者与研发机构的广泛关注。镍钴猛等多元过渡金属嵌锂氧化物Li1+xMnaCo0NivMyO2中x=0时，为普通的三元类材料。这种材料由于过渡金属间的协同效应，电化学性能优于任一单组份氧化物。2001年OhZuku 和 Makimura 首次合成了 N1:Co:Mn=1:1:1 的三兀复合材料 LiNi1/3Co1/3Mn1/302,同时加拿大Dahn等研究了组分变化对LiMnaCoeNiY02三元复合材料晶体结构、容量、倍率性能及热稳定性的影响。该类材料存在明显的三元协同效应引入Co元素，能够有效减少锂镍离子混排现象，稳定材料的层状结构；引入Ni元素，能够显著提高材料的比容量；引入Mn元素，不仅可以降低成本，而且还可以提高材料的安全性稳定性。此外，研究表明掺杂少量Al、Ti等金属可以进一步提高多元过渡金属嵌锂氧化物材料的倍率和循环寿命等性能。当上述镍钴猛等多元过渡金属嵌锂氧化物Li1+xMna Co0Ni YMy02中x > 0时,也被称为富锂材料，该分子式亦可改写为XLi2MnO3 (1-x) LiMaO2，其中LiMaO2是过渡金属嵌锂氧化物 LiMna'Coe'Ni/O2 (0 < a '彡 1，0 彡 @ '彡 1，0 彡 Y ' ^ I, ^ ' + Y ' ^ 0)或其金属掺杂材料中的一种或多种。富锂材料是美国能源部Argonne国家实验室的研究人员开发出的一类正极材料，这种材料表现出非常高的比容量，超过250mAh/g，接近传统锂离子电池正极材料容量的2倍。而且，用锰基富锂正极材料替代价格昂贵的钴、镍可以大大降低锂离子电池的成本。此外，富锂材料还具有安全性较高且生产工艺简单等优点。因此，富锂材料是一种前景广阔的正极材料，采用富锂材料的锂离子电池将在一系列领域获得广泛应用，包括手机、笔记本电脑等消费电子产品，无线工具和心脏起搏器、除颤器等医用仪器，以及电动汽车和混合动力汽车等。但是，无论是多元过渡金属嵌锂氧化物还是富锂材料都存在首次不可逆容量损失较大、倍率性能较差等问题。而且，与成熟的商业钴酸锂材料相比，这两类材料还存在振实密度较低的问题。这些问题严重阻碍了多元过渡金属嵌锂氧化物和富锂材料的实用化进程。因此，现有技术无法制备出完善多元过渡金属嵌锂氧化物和富锂材料性能的前驱体，导致现有方法制备的多元过渡金属嵌锂氧化物还是富锂材料存在首次不可逆容量损失较大、倍率性能较差和振实密度较低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有技术无法制备出完善锂金属氧化物正极材料的前驱体，导致现有锂金属氧化物正极材料存在首次不可逆容量损失较大、倍率性能较差和振实密度较低的问题；而提供一种掺杂碳纳米材料的前驱体及制备方法和球形锂金属氧化物正 极材料及制备方法。一种掺杂碳纳米材料的前驱体是均匀掺杂碳纳米材料、分子式为MnaCo0Ni ,My(OH)2的金属氢氧化物或均匀掺杂碳纳米材料、分子式为MnaCoeNi YMyC03的金属碳酸盐；其中所述的MnaCoeNiYMy(0H)2中0 < a彡1、0彡P彡1、0彡Y彡1、0 彡 y 彡 0. 5，且 a + 3 + Y+y=l，^ + y > 0，所述的 MnaCoeNi YMy (OH)2 中 M 为 Cr、Al、Fe、Mg、Ag、T1、Cu、V、Y、La、Tm、Gd、Ho、Ce、Lu、Yb和Sc中的一种或其中几种；其中所述的Mn a Coe Ni Y MyCO3 中 0 < a ^ 1,0 ^ ^ 彡 1、0 彡 Y 彡 1、0 彡 y 彡 0. 5，且 a +^ + Y+y=l，^ + Y > 0，所述的 Mna CoeNi ,MyCO3 中 M 为 Cr、Al、Fe、Mg、Ag、T1、Cu、V、Y、La、Tm、Gd、Ho、Ce、Lu、Yb和Sc中的一种或其中几种。一种掺杂碳纳米材料的前驱体的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、准备原料依照化学式MnaCoeNi YMy (OH)2按胞元素Co元素Ni元素M元素摩尔比为a : ^ : y :y准备可溶性锰盐、可溶性钴盐、可溶性镍盐和可溶性M盐；二、制备混合金属离子盐溶液将步骤一准备的可溶性锰盐、可溶性钴盐、可溶性镍盐和可溶性M盐加入到溶剂中混合，配置成混合金属离子浓度为0. Olmol/L 5mol/L的混合金属离子盐溶液；三、制备沉淀剂将可溶性氢氧化物加入溶剂中，配置成0H—浓度为0. lmol/L^lOmol/L沉淀剂；四、制备络合剂将可溶性铵盐或氨水加入溶剂中，配置成NH4+浓度为0. lmol/L^lOmol/L络合剂；五、制备碳纳米材料悬浮液碳纳米材料分散于溶剂中，配置成碳纳米材料浓度为0. lmg/L 50g/L的碳纳米材料悬浮液；六、共沉淀反应将步骤二制备的混合金属离子浓度为0. 01mol/L^5mol/L的混合金属离子盐溶液、步骤三制备的0H_浓度为0.1mol/L 10mOl/L沉淀剂、步骤四制备的NH4+浓度为0. lmol/flOmol/L络合剂和步骤五制备的碳纳米材料浓度为0. lmg/L 50g/L的碳纳米材料悬浮液同时加入装有反应初始溶液的反应器中，步骤二制备的混合金属离子浓度为0. Olmol/L 5mol/L的混合金属离子盐溶液的加入速度为0. lmL/min^lOOOmL/min,步骤三制备的OH-浓度为0.1moI/L IOmoI/L沉淀剂的加入速度为0. lmL/mirTlOOOmL/min，步骤四制备的NH4+浓度为0.1moI/L lOmoI/L络合剂的加入速度为0. lmL/mirTlOOOmL/m本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺杂碳纳米材料的前驱体，其特征在于掺杂碳纳米材料的前驱体是均匀掺杂碳纳米材料、分子式为MnαCoβNiγMy(OH)2的金属氢氧化物或均匀掺杂碳纳米材料、分子式为MnαCoβNiγMyCO3的金属碳酸盐；其中所述的MnαCoβNiγMy(OH)2中0＜α≤1、0≤β≤1、0≤γ≤1、0≤y≤0.5，且α+β+γ+y=1，β+γ＞0，所述的MnαCoβNiγMy(OH)2中M为Cr、Al、Fe、Mg、Ag、Ti、Cu、V、Y、La、Tm、Gd、Ho、Ce、Lu、Yb和Sc中的一种或其中几种；其中所述的MnαCoβNiγMyCO3中0＜α≤1、0≤β≤1、0≤γ≤1、0≤y≤0.5，且α+β+γ+y=1，β+γ＞0，所述的MnαCoβNiγMyCO3中M为Cr、Al、Fe、Mg、Ag、Ti、Cu、V、Y、La、Tm、Gd、Ho、Ce、Lu、Yb和Sc中的一种或其中几种。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜春雨，盛夏，陈猛，尹鸽平，左朋建，程新群，马玉林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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