本发明专利技术公开了一种掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池电极材料及其制备技术领域。首先采用溶胶凝胶法制备掺铝锌溶胶，再将正极材料加入到掺铝锌溶胶里，搅拌蒸干溶胶里的溶剂，从而得到黑色的表面包覆有水解产物的正极材料，再于空气气氛下高温煅烧处理得到表面包覆掺铝氧化锌的锂离子电池正极材料。本发明专利技术涉及的合成方法工艺简单，操作方便，成本低、污染少，根据本发明专利技术方法制备的表面包覆掺铝氧化锌的正极材料具有很好的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性，同时正极材料的首次放电量没有降低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池电极材料及其制备
，特别是提供了掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池是新型高能绿色电池的佼佼者，它是在锂电池的基础上发展起来的一种新型二次电池。锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、工作电压高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应、无污染等优点，是目前最先进的一种绿色二次电池。自问世以来，已广泛应用于移动通讯工具、相机、笔记本电脑等便携式电子设备中，并逐渐应用于电动自行车和电动汽车等交通工具上。锂离子电池一般包括正极、负极、隔膜，以及电解液。近几年来，负极材料和电解质的研究都取得了较大的进展，相对而言，正极材料的发展较为缓慢，商品化锂离子电池中正极材料的比容量远远小于负极材料。锂离子电池正极材料作为锂离子电池关键因素，直接影响着锂离子电池的整体性能。因此开发成本低、容量高、电化学性能稳定的正极材料，成为近年来研究锂离子电池的重点课题。目前常见的锂离子电池正极材料主要有:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4及LiNixCoyMn1^yO2等。但是，上述正极材料都有各自的缺点=LiCoO2高电势下结构不稳定，实际容量仅为理论容量的一半；LiNi02晶体稳定性差、循环性能严重不足；LiMn204中Mn2+容易溶解于电解液中造成容量衰减较快；LiFeP04的电导率差造成锂离子脱嵌困难，而LiNixCoyMnmO2存在首次充放电效率低、结构稳定性和循环稳定性有待提高的问题。因此，所有电极材料普遍面临一个共同的问题:随着循环次数的增加，电极的充放电容量和循环可逆性能会逐渐衰减，最终导致电池失效报废。研究发现，电解液分解引起正极材料表面变质是导致容量衰减的主要因素。正极材料本身的电势较高，脱锂态正极材料具有较强的氧化性，使得在电极表面的电解液不停地被氧化分解，生成了碳质纳米结构，并负载到材料的表面，形成碳化膜，这层膜严重阻碍了锂离子的正常脱嵌，随着循环次数的增加，有效锂将会越来越少，造成容量严重衰减。目前有效解决这一问题的方法是对材料表面进行包覆改性，通过改变电极的表面状态可以提高正极材料的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性能等。目前常用来包覆正极材料的物质主要有Al203、Zr02、Ti02、Zn0、LiAlO2等金属氧化物和单质碳。这些包覆物都显著的提高了正极材料的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性能，但是都存在一个很重要的缺点:造成首次放电容量下降。研究发现:包覆物质的电导率是影响正极材料首次放电容量的重要因素，电导率包括离子电导率和电子电导率。上述的金属氧化物有一个共同点就是电导率低，这可能是造成正极材料首次放电量下降的原因。ZnO是一种半导体，其导电能力很低，但是掺杂铝元素的氧化锌却变成一种导电能力优秀的氧化物。目前，已经广泛应用于太阳能电池导电玻 璃就是利用掺铝氧化锌优秀的导电能力这一特点。因此，本专利技术将用导电能力优秀的掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料，以期在提高正极材料的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性的基础上，还能不降低正极材料的首次放电量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:提供了，采用表面包覆技术在锂离子电池正极材料表面包覆掺铝氧化锌，在提高正极材料的循环性能的前提下，还能不降低材料的首次放电量。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了，其包括以下步骤:(I)将锌盐和铝盐溶解在溶剂中，在恒温水浴中机械搅拌，使锌盐和铝盐完全溶解形成透明溶液。(2)在溶液中加入稳定剂，继续搅拌一段时间，得到无色透明的掺铝锌溶胶。(3)将锂离子电池正极材料加入到溶胶中，持续搅拌直到溶胶中的溶剂完全挥发。(4)将产物在80_150°C烘箱中完全烘干，得到黑色的表面包覆有水解产物的锂离子电池正极材料。(5)将表面包覆有水解产物的锂离子电池正极材料置于高温炉内进行煅烧处理，自然降温至室温，得到表面包覆掺铝氧化锌的锂离子电池正极材料。所述锌盐为硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、硫酸锌。所述铝盐为硝酸铝、醋酸铝、氯化铝、硫酸铝。所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇甲醚。 所述恒温水浴的温度为40_80°C。所述溶液中Zn2+和Al3+的总浓度为0.4-1.5mol/L，且Al3+/(Al3++Zn2+)的摩尔比为0.1% -7%。所述的稳定剂为单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺，稳定剂与(Ζη2++Α13+)的摩尔比为0.5: 1-2: I。所述的锂离子电池正极材料为LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4, LiCoxMn1^xO2, LiCoxNi1^xO2,LiMnxNihO2'LiNixCOyMrih—y、LiFePO4,其中 0<x< I, O < y < I, O < x+y < I。所述的煅烧处理的升温速率为1-10°C /min，煅烧温度400-800°C，烧结时间为0.5_5h。所述的掺铝氧化锌在掺铝氧化锌包覆的锂离子电池正极材料中的重量百分含量为 0.1% -5%。本专利技术的有益效果是:本专利技术采用溶胶法制备掺铝锌溶胶，并对锂离子电池正极材料表面包覆掺铝氧化锌，结合了液相法和固相法的优点，合成方法工艺简单，操作方便，成本低、污染少，根据本专利技术方法制备的表面包覆掺铝氧化锌的正极材料可显著改善锂离子电池的循环性能、倍率性能、耐过充性能和热稳定性，又不会引起电极材料比容量的降低。附图说明图1是实施例1制备的掺铝氧化锌包覆LiNia5Coa5O2正极材料前后的循环性能图。图2是实施例2制备的掺铝氧化锌包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/302正极材料前后的XRD图-1'TfeP曰。图3是实施例2制备的掺铝氧化锌包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/302正极材料前后的TEM图片。图4是实施例2制备的掺铝氧化锌包覆LiNi1/3Co1/3Mn1/302正极材料前后的循环性能图。具体实施例方式采用溶胶凝胶法制备掺铝锌溶胶，对锂离子电池正极材料进行包覆改性，制备出包覆掺铝氧化锌的锂离子电池正极材料。下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1将硝酸锌和硝酸铝溶解于无水乙醇中，置于50°C水域中搅拌，使硝酸锌和硝酸铝完全溶解，溶解后Zn2+和Al3+的总浓度为0.6mol/L，A137(A13++Zn2+)的摩尔比为1.5%。然后加入稳定剂单乙醇胺(MEA)，MEA与(Al3++Zn2+)的摩尔比为1:1。溶液在50°C下继续搅拌2h从而产生无色透明的溶胶。在搅拌的情况下将LiCoa5Nia5O2正极材料加入到溶胶中，持续搅拌直到溶胶中的溶剂完全挥发。将产物在120°C烘箱中完全烘干，得到黑色的表面包覆有水解产物的LiCoa5Nia5O2材料，然后置于高温炉内，以3°C /min的升温速率升至500°C，保温2h，自然降温至室温，得到表面包覆掺铝氧化锌的锂离子电池LiCoa5Nia5O2正极材料。掺铝氧化锌在表面包覆有掺铝氧化锌的LiCoa5Nia5O2中的重量百分含量为1.5%。将制备的掺铝氧化锌包覆LiCoa5Nia5O2前后的正极材料的作为纽扣式模拟锂离子电池的正极材料用于电化学性能测试，具体步骤为:正极材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺铝氧化锌包覆锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将锌盐和铝盐溶解在溶剂中，在恒温水浴中机械搅拌，使锌盐和铝盐完全溶解形成透明溶液。(2)在溶液中加入稳定剂，继续搅拌一段时间，得到无色透明的掺铝锌溶胶。(3)将锂离子电池正极材料加入到溶胶中，持续搅拌直到溶胶中的溶剂完全挥发。(4)将产物在80?150℃烘箱中完全烘干，得到黑色的表面包覆有水解产物的锂离子电池正极材料。(5)将表面包覆有水解产物的锂离子电池正极材料置于高温炉内进行煅烧处理，自然降温至室温，得到表面包覆掺铝氧化锌的锂离子电池正极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁小平，刘建，李冬梅，左蕊，刘凯，毛新钰，李建新，王虹，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。