專利名稱：一種鋰離子電池正極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，鋰離子電池(包括使用聚合物電解質(zhì)的聚合物鋰離子電池)具有能量 密度高、比功率大、循環(huán)性能好、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等特點(diǎn)(參見(jiàn)吳宇平，戴曉 兵，馬軍旗，程預(yù)江.《鋰離子電池一應(yīng)用與實(shí)踐》.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004 年；吳宇平，張漢平，吳鋒，李朝暉，《聚合物鋰離子電池》，北京化學(xué)工業(yè)出版社， 2007年)，因此它們的發(fā)展非常迅速。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展， 一些電子器件對(duì)于鋰 離子電池的體積容量密度和重量容量密度提出了更高的要求，因此迫切發(fā)展比容量更 高的電極材料，因?yàn)殇囯x子電池的容量主要受制于電極材料的比容量。盡管
Li[NixCo,Mn卜x—y]02 (0 < x， y 〈 1， 0 〈 x+y < 1)的成本要要明顯低于LiCoO"比容 量要高于LiCo02，但是還有待于進(jìn)一步的提高；同時(shí)，其循環(huán)性能與LiCo02相比要差， 也有待于進(jìn)一步的改善。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前Li[NixCoyMni-x—y]02 (0 < x, y < 1， 0 < x+y 〈 1)正極材料容量較 低、循環(huán)性能差的缺點(diǎn)，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)在錳位采用鉻取代， 可以有效地解決上述問(wèn)題，不僅可以提高比容量，還可以明顯改善循環(huán)性能。
本發(fā)明的目的是提供一種可以提高比容量，改善循環(huán)性能的鋰離子電池正極材料 及其制備方法，
本發(fā)明提出的鋰離子電池正極材料，是在錳位用鉻進(jìn)行取代的 Li[NLC。yMn,卞y—2Crz]02，其中，x, y為正數(shù)，0 < x+y < 1， 0 < z 〈 1-(x+y) < 1。 x 優(yōu)選為0. 1《x《0. 8， y優(yōu)選為0. 1《x《0. 5。 z優(yōu)選為0. 001《x《0. 05。 該種鋰離子電池正極材料的比較容易生產(chǎn)，成本低，具有良好的電化學(xué)性能，高的比 容量和良好的循環(huán)性能。
本發(fā)明提供的上述鋰離子電池正極材料的制備方法該方法有固相法、共沉淀法或 溶膠-凝膠法。
本發(fā)明的正極材料克服了目前Li[NixCoyMn^]02 (0 〈 x, y < 1， 0 〈 x+y < 1)容 量低、循環(huán)性能差的缺點(diǎn)，提高了正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和相應(yīng)的循環(huán)性能和容量。本發(fā)明操作性強(qiáng)，重現(xiàn)性好，所得的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)良。
具體實(shí)施例方式
下面將通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受限于這些實(shí)施例。
對(duì)比例1
將Co、 Ni、 Mn的摩爾比為l: 1: l的Co.A、 Ni0和Mn02混合，然后加入Li與 Co、 Ni、 Mn摩爾比總和為1. 05: 1的碳酸鋰，固相球磨混合，然后在105(TC燒結(jié)24 小時(shí)，得到固相法制備的LiCo,"Ni^Mr^02正極材料。
鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能測(cè)量將上述正極材料與導(dǎo)電炭黑和粘合劑聚 偏氟乙烯以質(zhì)量比87: 8: 5的比例混合，壓制在鎳網(wǎng)上，在15(TC真空干燥24小時(shí)， 作為工作電極。參比電極為金屬鋰，電解液為1 mo1/1 LiPF6的EC/DEC/面C(體積比 1:1:1)。測(cè)試電壓范圍為3-4. 3V。
測(cè)試結(jié)果表明該材料的比容量為138 mAh/g，循環(huán)10次后容量保持率為98%。 實(shí)施例1
將Co、 Ni、 Mn、 Cr的摩爾比為l: 1: 0.95: 0. 05的Co304、 Ni0、 Mn02、 CrA混 合，然后加入Li與Co、 Ni、 Mn、 Cr摩爾比總和為1.05: 1的碳酸鋰，固相球磨混合， 然后在105(TC燒結(jié)24小時(shí)，得到固相法制備的1^001/3附1/3^^。.95/3(:1~。.。5/302正極材料。
該材料的電化學(xué)性能測(cè)試同對(duì)比例1。測(cè)試結(jié)果表明該材料的比容量為145 mAh/g,循環(huán)10次后容量保持率為100%。 對(duì)比例2
將Co、 Ni、 Mn的摩爾比為1: 2: 2的可溶于水的CoCl2、 NiSOjn MnS(V混合，然 后加入氨水，調(diào)節(jié)pH為ll,得到Co、 Ni、 Mn摩爾比為l: 2: 2的共沉淀氫氧化物， 然后加入U(xiǎn)與Co、 Ni、 Mn摩爾比總和為1. 05: 1的碳酸鋰，混合，然后在1050'C燒 結(jié)24小時(shí)，得到共沉淀法制備的1^<:01/5附2/51^2/502正極材料。
該材料的電化學(xué)性能測(cè)試同對(duì)比例1。測(cè)試結(jié)果表明該材料的比容量為MO mAh/g，循環(huán)10次后容量保持率為99%。 實(shí)施例2
將Co、 Ni、 Mn、 Cr摩爾比為1: 2: 1.99: 0.01的可溶于水的CoCl2、 NiS04、 MnS04 和Cr2(S04)3混合，然后加入氨水，調(diào)節(jié)pH為ll，得到Co、 Ni、 Mn摩爾比為l: 2: 1.99: 0. 01的共沉淀氫氧化物，然后加入Li與Co、 Ni、 Mn、 Cr摩爾比總和為1. 05:l的碳酸鋰，混合，然后在105(TC燒結(jié)24小時(shí)，得到共沉淀法制備的 L i Co ',sN i 2/5Mn,. 99/5Cr0.0/502正極材料。
該材料的電化學(xué)性能測(cè)試同對(duì)比例1。測(cè)試結(jié)果表明該材料的比容量為 146mAh/g，循環(huán)10次后容量保持率為100%。 對(duì)比例3
將Co、 Ni、 Mn的摩爾比為2: 5: 3的可溶于水的CoCl2、 NiS04和MnS(V混合，并 加入羧酸基團(tuán)與Co、 Ni、 Mn總摩爾比為l: l的檸檬酸，攪拌溶解在去離子水；接著 加入Li與Co、 Ni、 Mn摩爾比總和為1.05: 1的硝酸鋰，然后加入氨水，調(diào)節(jié)pH為 10，得到溶膠，然后在8(TC加熱，得到固體凝膠，接著在105(TC燒結(jié)24小時(shí)，得到 溶膠-凝膠法制備的LiC02/,。Niw。Mn3,uA正極材料。
該材料的電化學(xué)性能測(cè)試同對(duì)比例1。測(cè)試結(jié)果表明該材料的比容量為 148mAh/g，循環(huán)20次后容量保持率為98%。 實(shí)施例3
將Co、 Ni、 Mn、 Cr摩爾比為2: 5: 2.7: 0. 3的可溶于水的CoCl2、 NiS04、 MnSO,, 和Cr2(S04)3混合，并加入羧酸基團(tuán)與Co、 Ni、 Mn、 Cr總摩爾比為l: 1的檸檬酸，攪 拌溶解在去離子水；接著加入Li與Co、 Ni、 Mn、 Cr摩爾比總和為1.05: 1的硝酸鋰， 然后加入氨水，調(diào)節(jié)pH為10，得到溶膠，然后在8(TC加熱，得到固體凝膠，接著在 1050。C燒結(jié)24小時(shí)，得到溶膠-凝膠法制備的LiCow。Ni5，Mn2.7w。Cr。.3/uA正極材料。
該材料的電化學(xué)性能測(cè)試同對(duì)比例1。測(cè)試結(jié)果表明該材料的比容量為 156mAh/g，循環(huán)20次后容量保持率為99%。
通過(guò)上述對(duì)比例和實(shí)施例之間的對(duì)比，可以看出本發(fā)明的鋰離子電池正極材料不僅 具有良好的電化學(xué)性能，而且比容量高，循環(huán)性能好。
權(quán)利要求
1. 一種鋰離子電池正極材料，其特征在于為L(zhǎng)i[NixCoyMn1-x-y]O2在錳位上由鉻進(jìn)行取代的Li[NixCoyMn1-x-y-zCrz]O2；其中，x，y為正數(shù)，且滿足0＜x+y＜1，0＜z＜1-(x+y)＜1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料，其特征在于x滿足O. 1《x《0.8， y滿 足0. 1《x《0. 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料，其特征在于z滿足0.001《x《0.05。
4. 如權(quán)利要求1所述鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于為固相法、 共沉淀法或溶膠-凝膠法。
全文摘要
本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。該正極材料為在錳位上由鉻進(jìn)行取代的Li[Ni<sub>x</sub>Co<sub>y</sub>Mn<sub>1-x-y-z</sub>Cr<sub>z</sub>]O<sub>2</sub>。該正極材料具有良好的鋰離子脫嵌和嵌入可逆性和良好的循環(huán)性能，容量高。制備方法包括固相法、共沉淀法和溶膠-凝膠法。本發(fā)明操作性強(qiáng)，成本較其它方法低，重現(xiàn)性好，所得的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可用于鋰離子電池。
文檔編號(hào)H01M4/04GK101281965SQ20081003821
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者吳宇平, 張漢平, 軼 施, 千 曹, 斌 王 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)