本发明专利技术属于锂离子电池领域，具体提供一种锂离子电池正极材料LiNi0.6‑xCo0.2Mn0.2AlxO2‑yFy及其制备方法，其中0<x,y≤0.05；用以克服现有镍钴锰酸锂三元正极材料电化学性能差的缺点。本发明专利技术通过极少量的铝、氟共掺杂使得该锂离子电池正极材料具有较高的放电比容量和优异的循环性能；在室温环境下，当电压范围在2.7～4.3V，恒电流充放电倍率为0.5C时，该材料的首次放电比容量可达到187.9mAh g‑1，循环20次以后仍可达到192.1mAh g‑1，容量保持率高达102.2％；当电压范围增加到2.7～4.5V，恒电流充放电倍率为0.5C时，该材料的初始放电比容量可达到225.8mAh g‑1，循环20次以后仍可达到190.2mAh g‑1，容量保持率为84.2％。同时该材料制备工艺简单可控，产品纯度高、化学均匀度高、结晶品质高、产物颗粒细小且粒度分布均匀。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及锂离子电池正极材料及其制备方法，具体为锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy及其制备方法，其中0<x,y≤0.05。
技术介绍
锂离子电池具有高电位，高能量密度，无记忆效应等优点，其在便携式电子设备中得到了广泛的应用；最早用于商品化的锂离子电池中的正极为LiCoO2，但Co自然资源匮乏、价格昂贵、对环境污染大，且LiCoO2实际比容量较低，过充电将导致不可逆容量损失和极化电压增大。因此，随着价廉而性能优异的正极材料研究的深入，人们发现了能够代替LiCoO2的锂离子电池正极材料；LiNiO2与LiCoO2的性质相近，两者同属R-3m空间群，且均具有α-NaFeO2型层状结构，镍的价格比钴低，实际比容量高，属于环境友好型材料。但是，LiNiO2热稳定性差，在充放电过程中存在相变，Ni2+占据Li+的3a位置导致阳离子混排，造成材料的电化学性能急剧衰减，所以三元材料应运而生。锂离子电池正极材料层状镍钴锰酸锂(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)采用Co、Mn共掺杂，使其取代LiNiO2中3b位置的Ni3+能稳定其层状结构，一定程度上提高了它的电化学性能；目前，镍钴锰酸锂(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)的循环稳定性虽然较LiNiO2有所提升，但它与现在技术成熟的LiCoO2相比在容量和循环稳定性方面并不占据明显的优势。并且镍钴锰酸锂制备多采用传统固相法合成，虽然工艺操作比较简单，但其产物粒径分布不均匀，难以制备化学计量比的目标产物，电化学性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对锂离子电池正极材料层状镍钴锰酸锂(LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2)电化学性能差的缺点，提供一种体相复合共掺杂改性的锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy及其制备方法，其中0<x,y≤0.05。该锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy具有较高的可逆放电比容量和优异的循环稳定性能，其制备方法克服了传统固相合成法混合不均匀、难以控制化学计量比，产物粒径分布不均匀以及电化学性能差等缺点，制备的产品纯度高、化学均匀度高、结晶品质高、产物颗粒粒径细小且分布均匀、电化学性能优良且制造成本低。本专利技术的技术方案为：一种锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy，其特征在于，所述锂离子电池正极材料的分子表达式为LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy，其中0<x,y≤0.05。上述锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将镍源原料、钴源原料和锰源原料按摩尔比Ni:Co:Mn＝0.6-x:0.2:0.2溶解于适量
去离子水中，得到溶液a；步骤2.将氢氧化钠溶液和氨水混合配成氢氧化钠浓度2mol/L、氨水浓度0.5mol/L的混合溶液，即溶液b；步骤3.将溶液a和溶液b逐滴滴入装有去离子水的大烧杯中，将其置于温度为50-80℃的水浴锅中，并不断搅拌，得到混合溶液C；步骤4.向步骤3所得混合溶液C中滴加氨水，调节pH值为10-12，并不断搅拌4-6h，然后60-80℃保温陈化12h；步骤5.将步骤4所得产物经抽滤洗涤(5～7次)至无硫酸根离子(用BaCl2溶液检验)，再(置于鼓风干燥箱中)烘干并研磨均匀，得到前驱体；步骤6.将步骤5所得前驱体按比例与锂源原料、铝源原料和氟源原料混合，以酒精为分散剂，研磨均匀并烘干；步骤7.将步骤6所得混合物在管式炉中于氧气气氛下以2-3℃/min升温至500℃预烧5h，再以2℃/min升温至700～820℃焙烧10～18h，自然降温后将产物磨细，即制备得锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy。在步骤6中，所得混合物中所述锂源、镍源、钴源、锰源、铝源以及氟源的摩尔比为Li:Ni:Co:Mn:Al:O:F＝(1～1.1):0.6-x:0.2:0.2:x:y，其中0<x,y≤0.05。在步骤1中，所述镍源原料为硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍、氯化镍以及氢氧化镍中的至少一种。在步骤1中，所述钴源原料为硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴、氯化钴以及钴的氢氧化物和氧化物中的至少一种。在步骤1中，所述锰源原料为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰、氯化锰以及锰的氢氧化物和氧化物(化学二氧化锰和电解二氧化锰)中的至少一种。在步骤6中，所述锂源原料为碳酸锂、硝酸锂、乙酸锂、氯化锂和氢氧化锂中的至少一种。在步骤6中，所述铝源原料为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝、氢氧化铝和铝的氧化物中的至少一种。在步骤6中，所述氟源原料为氟化锂和氟化氨中的至少一种。本专利技术对镍钴锰酸锂(LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2)掺入少量的铝和氟，Al掺杂能阻止Ni2+取代Li+、F掺杂部分取代O，得到锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy，与传统的镍钴锰酸锂(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)相比，铝、氟共掺杂后的正极材料结构稳定性和放电比容量都有了明显的提升。综上所述，本专利技术具有如下优点：1本专利技术提供的层状锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy，通过复合掺杂Al元素和F元素，即将极少量的铝元素取代部分镍元素，氟元素部分取代氧元素稳定了材料的内部结构，提高了锂离子的可逆脱嵌/嵌入能力，改善了材料的循环性能。2、本专利技术提供的层状锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy具有较高的放电比容量和优异的循环性能；在室温环境下，当电压范围在2.7～4.3V，恒电流充放电倍率为0.5C时，该锂离子电池正极材料的首次放电比容量可达到187.9mAh g-1，循环20次以后仍可达到192.1mAh g-1，容量保持率高达102.2％；当电压范围在2.7～4.5V，恒电流充放电倍率为0.5C时，该锂离子电池正极材料的初始放电比容量可达到225.8mAh g-1，循环20次以后仍可达到195.5mAh g-1，容量保持率为86.6％。3、本专利技术层状锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy的制备方法工艺简单、工艺参数易于精确控制，且烧结温度较低、烧结时间适中，制备得锂离子电池正极材料纯度高、化学均匀度高、结晶品质高、产物颗粒粒径细小且分布均匀、电化学性能优良且制造成本低，易于实现规模化工业生产。附图说明图1为本专利技术锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy前驱体的制备工艺流程图。图2为本专利技术锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy的制备工艺流程图。图3为本专利技术制备锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy的XRD图。图4为本专利技术制备锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy的SEM图。图5为本专利技术制备锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy在2.7～4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料LiNi0.6‑xCo0.2Mn0.2AlxO2‑yFy，其特征在于，所述锂离子电池正极材料的分子表达式为LiNi0.6‑xCo0.2Mn0.2AlxO2‑yFy，其中0<x,y≤0.05。
【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy，其特征在于，所述锂离子电池正极材料的分子表达式为LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy，其中0<x,y≤0.05。2.按权利要求1所述锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将镍源原料、钴源原料和锰源原料按摩尔比Ni:Co:Mn＝0.6-x:0.2:0.2溶解于适量去离子水中，得到溶液a；步骤2.将氢氧化钠溶液和氨水混合配成氢氧化钠浓度2mol/L、氨水浓度0.5mol/L的混合溶液，即溶液b；步骤3.将溶液a和溶液b并流逐滴滴入装有去离子水的大烧杯中，将其置于温度为50～80℃的水浴锅中，并不断搅拌，得到混合溶液C；步骤4.向步骤3所得混合溶液C中滴加氨水，调节pH值为10～12，并不断搅拌4～6h，之后60～80℃保温陈化12h；步骤5.将步骤4所得产物经抽滤洗涤至无硫酸根离子，再烘干并研磨均匀，得到前驱体；步骤6.将步骤5所得前驱体按比例与锂源原料、铝源原料和氟源原料混合，以酒精为分散剂，研磨均匀并烘干；步骤7.将步骤6所得混合物在管式炉中于氧气气氛下以2～3℃/min升温至500℃预烧5h，再以2℃/min升温至700～820℃焙烧10～18h，自然降温后将产物磨细，即制备得锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy。3.按权利要求2所述锂离子电池正极材料LiNi0.6-xCo0.2Mn0.2AlxO2-yFy的制备方法，其特征在于，所述步骤6中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴泉，王震伟，赵红远，熊伟强，陈炳，蔡宇，谭铭，刘珊珊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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