一种正极活性材料的制备方法、正极片及锂离子电池技术

为克服现有技术中锂离子电池正极能量密度低的问题，本发明专利技术提供了一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料，所述前体材料的平均粒径为6μm以上；S2、将所述前体材料溶解于水中，在搅拌条件下加入水溶性醇类有机溶剂，进行再结晶，过滤后得到所述正极活性材料；所述水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1‑5：1。同时，本发明专利技术还公开了含有通过上述方法制备得到的正极活性材料的正极片以及锂离子电池。本发明专利技术提供的方法制备得到的正极活性材料颗粒平均粒径小，有效克容量高，利于提高锂离子电池的能量密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子二次电池领域，尤其涉及一种正极活性材料的制备方法、正极片及锂离子电池。
技术介绍
当今日常生活中，锂离子二次电池已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑及其他数码产品中，是不可缺少的储能器件。目前，应用于锂离子电池的正极材料主要采用锂离子插嵌过渡金属层状氧化物，如LiCoO2、LiMn2O4等。该类材料的充放电过程依赖于锂离子在其晶格结构中的有序插入与脱嵌，这些材料的容量与循环稳定性主要由其晶体结构的稳定性决定。在充放电过程中，一旦晶体构造被破坏或失去可恢复性，电池的容量将衰减且循环性能恶化。另外，这些传统的锂离子插嵌正极材料在充放电过程中大多只能进行单电子氧化还原反应，导致其可获得的比容量通常低于200mAhg-1，使得锂离子电池的能量密度较低。当前基于这些传统正极材料的锂离子电池对那些能量密度需求更高的应用领域，如混合动力车、纯电动车等，表现出不足之处。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中锂离子电池能量密度低的问题，提供一种正极片。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：提供一种正极活性材料的制备方法，包括如下步骤：S1、获取分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料，所述前体材料的平均粒径为6μm以上；S2、将所述前体材料溶解于水中，在搅拌条件下加入水溶性醇类有机溶剂，进行再结晶，过滤后得到所述正极活性材料；所述水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1-5：1。同时，本专利技术还提供了一种正极片，包括正极集流体和位于正极集流体上
的正极材料，所述正极材料包括正极活性材料；所述正极活性材料通过上述方法制备得到。另外，本专利技术还提供了采用上述正极片的锂离子电池，包括电池壳体以及设置于电池壳体内的电芯，所述电芯包括卷绕或层叠的正极片、隔膜和负极片；所述正极片为如前所述的正极片。本专利技术中，通过水与水溶性醇类有机溶剂的混合溶液对分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料进行重结晶，得到的产物平均粒径得到了明显降低，达到600nm以下，作为正极活性材料使用时，可有效提高离子电导率，使其高理论克容量的优点得到充分利用，从而利于大大提高锂离子电池能量密度。同时，上述方法中，进行重结晶时添加的有机溶剂为水溶性醇类有机溶剂，其所需的添加量非常少，利于降低成本，减小污染。附图说明图1是本专利技术实施例1合成的前体材料的X射线衍射图。图2是本专利技术实施例1合成的前体材料的扫描电子显微镜图。图3是本专利技术实施例1合成的前体材料的各元素能谱分布图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的正极活性材料的制备方法，包括如下步骤：S1、获取分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料，所述前体材料的平均粒径为6μm以上；S2、将所述前体材料溶解于水中，在搅拌条件下加入水溶性醇类有机溶剂，进行再结晶，过滤后得到所述正极活性材料；所述水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1-5：1。本专利技术中，分子式为(NH4)7[MnV13O38]的材料可通过如下方式制备得到：所述步骤S1中，分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料通过如下方法制备得到：将0.01-0.1mol的NH4VO3溶于100-300ml的去离子水中，然后加入摩尔浓度为0.1-2mol/l的硝酸溶液、摩尔浓度为0.1-2mol/l的MnSO4溶液、1-3g的(NH4)2S2O8
固体，随后在60-90℃蒸发溶液，冷却，过滤即可。常用的分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料粒子尺寸均较大，通常为6μm以上。专利技术人在实验中发现，分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料具有非常高的理论克容量，将其用作锂离子电池的正极活性材料时，利于提高锂离子电池的能量密度。但是，分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料村子电导率低的缺点，极大的制约了其电化学性能的发挥。本专利技术中，先将上述平均粒径为6μm以上的分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料溶解于水中，然后在搅拌条件下加入水溶性醇类有机溶剂，进行再结晶。最终过滤后即可得到所需的正极活性材料。通过上述方法制备得到的正极活性材料的平均粒径为纳米级，达到600nm以下，优选情况下，所述正极活性材料的平均粒径为100-500nm，更优选为200-500nm，并且粒径均匀。纳米级的上述正极活性材料可以缩短锂离子在电极中的传输距离，从而在一定程度上提高离子电导率。根据本专利技术，上述步骤S2中，水的量可将前体材料溶解即可，优选情况下，所述前体材料与所述水的质量比为0.01-0.08：1，更优选为所述前体材料与所述水的质量比为0.04-0.08：1。对溶解于水中的前体材料进行再结晶时，添加的水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1-5：1，优选为1-3：1。采用上述方法进行重结晶时，添加少量的水溶性醇类有机溶剂即可达到重结晶析出纳米级的正极活性材料的目的。上述步骤中所采用的水溶性醇类有机溶剂可采用常规的水溶性醇类有机溶剂，例如具体可以选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或异丙醇中的一种或多种。同时，本专利技术还提供了一种正极片，包括正极集流体和位于正极集流体上的正极材料，所述正极材料包括如前所述的方法制备得到的正极活性材料。与现有正极片类似的，本专利技术中，所述正极集流体的种类已为本领域技术人员所公知，例如可以选自铝箔、铜箔、冲孔钢带。根据本专利技术，正极材料内，正极活性材料的含量为20-99wt％，优选为30-60wt％。本专利技术中，优选情况下，正极材料中，正极活性材料的平均粒径为600nm以下，进一步优选情况下，所述正极活性材料的平均粒径为100-500nm，更优选为200-500nm。此时，利于进一步提高正极活性材料的导电性，提高其充放电容量，利于提高由该正极活性材料制备得到的锂离子电池的能量密度。所述正极材料中除上述正极活性材料外，通常还包括正极粘结剂和选择性含有的正极导电剂。本专利技术所述的正极材料对正极粘结剂没有特别的限制，可以采用本领域已知的各种可用于锂离子二次电池的正极粘结剂，例如，可以为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或LA132中的一种或几种。所述正极材料中，所述正极粘结剂的含量为0.5-10wt％，优选为3-10wt％，更优选为5-10wt％。本专利技术提供的正极材料还可以选择性的含有现有技术正极材料中通常所含有的正极导电剂。由于正极导电剂用于增加电极的导电性，降低电池的内阻，因此本专利技术优选含有正极导电剂。所述正极导电剂种类为本领域技术人员所公知，例如，所述正极导电剂可以选自导电碳黑、乙炔黑、炉黑、碳纳米管等正极导电剂中的一种或几种。专利技术人在试验中意外的发现，本专利技术中，在正极活性材料为本专利技术提供的正极活性材料的基础上，当正极导电剂采用导电碳黑时，可实现更好的导电效果，使正极活性材料发挥出更高的克容量，从而更明显的提高锂离子电池的能量密度。所述正极材料中，所述正极导电剂的含量为0.5-70wt％，优选为30-60wt％。此时，在采用本专利技术提供的方法制备的正极活性材料的基础上，在上述正极导电剂添加量的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料，所述前体材料的平均粒径为6μm以上；S2、将所述前体材料溶解于水中，在搅拌条件下加入水溶性醇类有机溶剂，进行再结晶，过滤后得到所述正极活性材料；所述水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1‑5：1。

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料，所述前体材料的平均粒径为6μm以上；S2、将所述前体材料溶解于水中，在搅拌条件下加入水溶性醇类有机溶剂，进行再结晶，过滤后得到所述正极活性材料；所述水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1-5：1。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述前体材料与所述水的质量比为0.01-0.08：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性醇类有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或异丙醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，分子式为(NH4)7[MnV13O38]的前体材料通过如下方法制备得到：将0.01-0.1mol的NH4VO3溶于100-300ml的去离子水中，然后加入摩尔浓度为0.1-2mol/l的硝酸溶液、摩尔浓度为0.1-2mol/l的MnSO4溶液、1-3g的(NH4)2S2O8固体，随后在60-90℃蒸发溶液，冷却，过滤即可。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述正极活性材料的平均粒径为100-500nm。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：倪尔福，程君，李文良，
申请(专利权)人：惠州市豪鹏科技有限公司，曙鹏科技深圳有限公司，博科能源系统深圳有限公司，深圳市豪鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44