本发明专利技术属于锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种多元层状氧化物锂离子电池材料及其制备方法。所述电池材料为Li(Ni1-x-y-zCoxMnyMz)O2，其中M为Zn、Mg、Al、Cu、As、Cd或Pb；材料的单个颗粒中各金属元素在距颗粒中心不同厚度处呈梯度分布。本发明专利技术采用简单、易行的方法成功的制备组成易于调控的多元层状氧化物锂离子电池材料，电化学测试结果表明，本发明专利技术提供的多元层状氧化物锂离子电池材料的充放电可逆性好、循环性能佳。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料
，特别涉及。
技术介绍
当前，锂离子电池以其高比能、长寿命等优点成为各种移动通讯设备、电动工具等的主要使用电池，同时其在电动自行车、电动汽车等领域的应用也正逐步扩大，其广泛的应用使得锂离子电池每年的生产、消耗量巨大。然而在大量使用锂离子电池的手机、笔记本等移动设备市场中，目前占主导地位的锂离子电池大多仍是采用最早进入商业化市场的LiCoO2 材料。众所周知，LiCoO2材料作为锂离子电池材料的比容量相对较高、循环稳定性也很好，但其中Co元素价格较贵，使整个电池的造价居高不下。多元氧化物却能够融合LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的优点，如LiNi^xMnO2, LiNi1IyCoxMnyO^其中，价格相对较低的富Ni三元材料LiNinyCoxMnyO2具有明显的高容量优势，而贫Ni的层状多元材料LiNi1TyCoxMnyO2以及由Al和Mg取代的Li [Nitl.W0aiMnaiTyAlxMgy]O2却表现出较好的电化学循环稳定性。那么，如何调控层状多元材料的结构及中心金属组成将成为改良此类材料综合电化学性能的一个关键科学问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，所述电池材料组成可调节，具有良好的电化学性能。本专利技术采用的技术方案如下: 一种多元层状氧化物锂离子电池材料，所述电池材料为Li (NimzCoxMnyMz)O2，其中M为Zn、Mg、Al、Cu、As、Cd或Pb ;材料的单个颗粒中各金属元素在距颗粒中心不同厚度处呈梯度分布。所述电池材料直径为0.1-30微米。本专利技术还进一步提供了一种所述多元层状氧化物锂离子电池材料的制备方法，将(NinyC0xMny) (OH)2材料分散到溶剂中，与金属离子Mn+的可溶性盐的水溶液充分混合，反应得到电池材料的前驱体；将前驱体与含锂化合物混匀后煅烧，得到所述多元层状氧化物锂离子电池材料。其中，反应得到电池材料的前驱体时，把(NinyCoxMny) (OH)2和#+的可溶性盐溶液在40-200°C下反应2-48h，之后固液分离，并于40-100°C干燥1-48小时，即得到前驱体材料。所述的可溶性金属盐的水溶液中的金属与(NimCoxMny) (OH)2中所包含的金属元素的摩尔比是0.05-5:1。可溶性金属盐的水溶液的浓度是0.01-5mol/L。前驱体与含锂化合物混匀后先于450-550°C煅烧4_12小时，然后于650_850°C煅烧8-24小时即得多元层状氧化物锂离子电池材料。其中所述(NinyC0xMny) (OH)2的制备方法可以采用现有技术中的方法，但优选如下进行:将可溶性镍盐、钴盐、锰盐和碱按照比例分别溶于溶剂中配制成溶液，混合后于40-200°C反应 4-48h，分离干燥得(Ni1TyCoxMny) (OH)20所述可溶性镍盐、钴盐、锰盐为其氯化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种或几种；所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂或尿素中的一种或几种；所述的溶剂为水、乙醇、异丙醇中的一种或几种；所述的M的可溶性盐是其硝酸盐、氯化物、硫酸盐或醋酸盐。本专利技术提供了一种简单、高效、易于操作的制备组成可调节的多元层状氧化物锂离子电池材料及其前驱体的新方法，采用此方法所制备的多元层状氧化物锂离子电池材料中各金属元素在距颗粒中心不同厚度处呈梯度分布，材料的比容量、循环性能等均可得到明显的改善。此种制备方法更适合于大规模操作。本专利技术相对于现有技术，有以下优点: 本专利技术采用简单、易行的方法成功的制备组成易于调控的多元层状氧化物锂离子电池材料，电化学测试结果表明，本专利技术提供的多元层状氧化物锂离子电池材料的充放电可逆性好、循环性能佳。附图说明图1为实施例1步骤2)所制备的前驱体的扫描电镜 图2为实施例1制得的锂离子电池材料的扫描电镜图； 图3为实施例1所制备的锂离子电池材料颗粒局部破开后的电镜照片； 图4为图3中颗粒的能谱面扫描曲线，横坐标为O处，四条曲线从上至下依次对应的金属元素为N1、Mn、Co、Al ； 图5为实施例1制备的锂离子电池材料制得的电极的充放电曲线 图6为实施例1制备的锂离子电池材料制得的电极的放电比容量循环性能图。具体实施例方式以下以具体实施例来说明本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不限于此: 以下实施例中所涉及材料的组成由ICP测试进行确定。实施例1I)制备(Nia8CoaiMnai) (OH)2:分别称量 0.00512mol Ni (NO3)2.6Η20、0.00064molCo (NO3) 2.6Η20、0.00064mol Mn(NO3)2 和 0.0064mol 尿素分别溶解于 64 mL 溶剂(乙醇:水=4:1)，充分混合后所得到溶液中镍、钴、锰所对应的浓度分别为0.08,0.01,0.01 mol/L。然后将混合液转移到IOOmL的反应釜中，于180 V反应7.5小时，自然冷却到室温后离心分离，60°C烘干12小时，得到前驱体(Nia8CoaiMnai) (OH)202)将 20mL 的 0.00673mol/L 的硝酸铝溶液和分散有 0.25g (Nia8CoaiMnai) (OH)2的30m水溶液充分混合后转移到90 mL的反应釜中在150°C反应4小时，自然冷却到室温后离心分离，60°C烘干，可得到组成优化了的前驱体，由ICP测试可以确定其分子式为Ni0.T83Co0.Q96Mn0.065 Al0.056 (OH)2 (其电镜图参见图1 )，该材料呈球形颗粒，粒径约为6微米。3)制备锂离子电池材料:把所得到的锂离子电池材料的前驱体Nia 783Coatl96Mnatl65Alatl56(OH)2与计量比的氢氧化锂充分混合后分别于500°C煅烧5小时和650°C煅烧12小时即可得到组成为Li (Nia78tlCoa-Mntl._ Al0.052) O2的多元层状氧化物锂离子电池材料(其电镜图参见图2)，图中可见，该材料基本遗传了其前驱体的球形形貌，粒径大小也基本保持不变，约为6微米，只是在球形颗粒上能够观察到明显的二级结晶小颗粒存在，表明这些球形的材料是由更小晶体组成。 此外，采用扫描电镜附带的能谱的线扫描功能对所制备的多元层状氧化物锂离子电池材料中各金属元素(N1、Co、Mn、Al)的分布状况进行了表征。为了能对所得到的球形颗粒不同深度内的不同金属元素的含量进行表征，采用超声波将所得到的完整的球形颗粒进行破碎，选取局部被挖除的球形颗粒进行表征，结果如图3、4中所示。图3中是局部被挖除的球形多元层状氧化物锂离子电池材料颗粒，沿图中的箭头方向对其进行了不同金属元素的含量的线扫描，结果示于图4。由图可知，当扫描进行到球形颗粒的边缘时，N1、Co、Mn、Al各元素开始显现，并随着扫描向颗粒球心方向(颗粒厚度逐渐增大)的移动，NiiCoiMn Al各元素的含量快速增加；当扫描进入被挖除区域直至其中心处，Ni元素的含量逐渐增大，而Al元素的含量逐渐减小，而Co、Mn元素的含量基本不变；当扫描从被挖除区域中心处直至离开被挖除区域前，Ni元素的含量逐渐减小，而Al元素的含量逐渐增大，而Co、Mn元素的含量基本不变；当扫描离开被挖除区域后直至球形颗粒边缘处(颗粒厚度逐渐减小)，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多元层状氧化物锂离子电池材料，其特征在于，所述电池材料为Li(Ni1?x?y?zCoxMnyMz)O2，其中M为Zn、Mg、Al、Cu、As、Cd或Pb；材料的单个颗粒中各金属元素在距颗粒中心不同厚度处呈梯度分布。
【技术特征摘要】
1.一种多元层状氧化物锂离子电池材料，其特征在于，所述电池材料为Li (NimCoxMnyMz) O2，其中M为Zn、Mg、Al、Cu、As、Cd或Pb ;材料的单个颗粒中各金属元素在距颗粒中心不同厚度处呈梯度分布。2.如权利要求1所述的多元层状氧化物锂离子电池材料，其特征在于，所述电池材料直径为0.1-30微米。3.权利要求1所述多元层状氧化物锂离子电池材料的制备方法，其特征在于，将(NinyC0xMny) (OH)2材料分散到溶剂中，与金属离子Mn+的可溶性盐的水溶液充分混合，反应得到电池材料的前驱体；将前驱体与含锂化合物混匀后煅烧，得到所述多元层状氧化物锂离子电池材料。4.如权利要求3所述的多元层状氧化物锂离子电池材料的制备方法，其特征在于，反应得到电池材料的前驱体时，把(Ni1^C0xMny) (0!1)2和#+的可溶性盐溶液在40_200°C下反应2-48h，之后固液分离，并于40-100°C干燥1-48小时，即得到前驱体材料。5.如权利要求3所述的多元层状氧化物锂离子电池材料的制备方法，其特征在于，前驱体与含锂化合物混匀后先于450-550°C煅烧4-12小时，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫华，张建民，米立伟，赵娟娟，李绍，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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