一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料及其制备方法以及包含该正极材料的正极片和电池技术

本发明专利技术公开了一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料及其制备方法和应用，通过一步煅烧的方法，实现氧化锂的制备、碳包覆以及催化剂和氧化锂在纳米尺度的复合；在降低生产成本的同时，提高了氧化锂的稳定性和导电性，为氧化锂复合正极的可规模化与量产奠定了基础。本发明专利技术还提供了一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料，对催化剂和复合正极材料的活性成分氧化锂重量百分比进行限定，使得产品达到高效实现技术效果的同时，降低生产成本；本发明专利技术还提供了一种金属/碳包覆氧化锂复合正极片，产品在成本低的同时，高效稳定。高效稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料及其制备方法以及包含该正极材料的正极片和电池


[0001]本专利技术涉及电化学
，尤其涉及一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着能量密度的提高以及成本的降低，锂离子电池也得到越来越多的应用，尤其是在交通运输以及大规模储能领域。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称，是一种二次电池，也就是我们常说的充电电池。锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂化合物为正极，没有金属锂的存在，只有锂离子，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌；充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。
[0003]传统商用锂离子电池正极材料主要由磷酸铁锂和层状过渡金属氧化物材料，克容量相对较低，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。此外，在层状过渡金属氧化物中，镍，钴等贵金属的使用使得锂离子电池的原料成本很难进一步降低。相较于传统的商用正极材料，氧化锂具有容量高，原料潜在成本便宜的优点，被认为是锂离子电池正极的终结材料。
[0004]但氧化锂作为正极材料，在环境中不稳定，极易与环境中的水分以及二氧化碳反应形成氢氧化锂和碳酸锂，大大降低了材料的可脱锂容量；氧化锂的导电性较差，降低了材料的倍率性能；与此同时，氧化锂作为正极如果使用不当，有一定的安全性风险。在其充电过程中，如果发生过充，易产生活性极强的超氧化物乃至氧气，增加了安全隐患。氧化锂材料的使用还有一限制条件，需要与催化剂复合使用，但复合制备过程工艺周期长，成本高。氧化锂作为锂离子电池的正极材料，需要催化剂催化降低脱锂电位。氧化锂和催化剂的纳米尺度复合仍然是一个难点。目前常用的方式是使用高能球磨法制备氧化锂和催化剂的复合正极材料，该方法需要在惰性气体的条件下球磨150
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200小时以上，生产时间周期长，成本高，不具有量产和规模化的可行性。
[0005]因此，提高氧化锂材料在环境中的稳定性、提高氧化锂正极的导电性、提升氧化锂正极的安全性、高效并低成本地将催化剂与氧化锂在纳米尺度复合，是该氧化锂正极应用于规模化生产制造必须要解决的问题。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于：提供一种金属/碳包覆氧化锂电池正极材料的制备方法，本专利技术是从不同含锂化合物出发，通过一步煅烧的方法，实现氧化锂的制备、碳包覆以及催化剂和氧化锂在纳米尺度的复合，降低成本的同时，提高了氧化锂的稳定性、高效性。
[0007]本专利技术的目的之二在于：提供一种金属/碳包覆氧化锂电池正极材料。
[0008]本专利技术的目的之三在于：提供一种金属/碳包覆氧化锂电池正极片的应用。
[0009]本专利技术的目的之一采用如下的技术方案实现：
[0010]一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)将碳源材料和金属盐溶解于溶剂中，得到溶液
；
[0012]2)将含锂化合物添加到溶液中，蒸干溶液，得到金属配位的含锂化合物；
[0013]3)对金属配位的含锂化合物进行热解，得到金属/碳包覆氧化锂复合正极材料。
[0014]进一步地，所述碳源材料包括羧甲基壳聚糖、酚醛树脂、蔗糖、葡萄糖中的一种或两种以上组合物；所述溶剂为去离子水、丙酮和乙醇中的一种或两种以上组合物。
[0015]进一步地，所述热解时间为4h～20h，温度为400℃～1100℃。
[0016]进一步地，所述金属盐为为钛、铁、锰、镍、钴盐中的一种或两种以上组合物。
[0017]进一步地，所述金属盐为硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、酞菁钴、硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、酞菁镍、硝酸钛、硫酸钛、氯化钛、酞菁钛、硝酸锰、硫酸锰、氯化锰、酞菁锰、硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、酞菁铁中的一种或两种以上的组合物。
[0018]进一步地，所述含锂化合物包括氢氧化锂、硝酸锂、硫酸锂、氯化锂、碳酸锂、过氧化锂和氧化锂中中的一种或两种以上组合物。
[0019]进一步地，所述正极材料包括活性材料氧化锂和金属掺杂的碳材料催化剂；所述催化剂占复合正极材料总重量的2％
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50％、复合正极材料中的金属占复合正极材料总重量的0.01％
‑
30％。
[0020]本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：
[0021]一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料，由上述任一项所述的金属/碳包覆氧化锂复合正极材料的制备方法制备而成。
[0022]本专利技术的目的之三采用如下技术方案实现：
[0023]一种金属/碳包覆氧化锂复合正极片，其特征在于，包括上述所述的金属/碳包覆氧化锂复合正极材料。
[0024]本专利技术的目的之四采用如下技术方案实现：
[0025]一种金属/碳包覆氧化锂电池，由上述所述的金属/碳包覆氧化锂复合正极片制成。
[0026]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0027]1.本专利技术的金属/碳包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：金属首先和碳源配位，其次和金属配位的碳源涂覆在锂化合物的表面。碳包覆锂源高温热解，锂源热解成氧化锂的同时，金属配位的碳源热解在氧化锂表面形成一层金属掺杂的碳层。本专利技术通过一步煅烧的方法，实现了氧化锂的制备、碳包覆以及催化剂在纳米尺度的复合。氧化锂的制备替代了传统的磷酸铁锂和层状过渡金属氧化物材料，降低了镍、钴等贵金属的使用，从而降低了生产成本；其次，碳包覆提高了正极材料在环境中的稳定性，使得氧化锂不易与环境中的水分以及二氧化碳接触，从而反应形成氢氧化锂和碳酸锂；与此同时，还提高了其导电性，从而提高了材料的可逆容量。最后，解决了常规氧化锂和催化剂复合使用的长时间，高成本的问题，使得氧化锂复合正极材料有了规模量产的可行性。
[0028]2.本专利技术的一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料，通过对催化剂与复合正极材料重量的合理分配，达到降低成本，提高正极材料工作效率的目的。
[0029]3.本专利技术的一种金属/碳包覆氧化锂复合正极片的应用，是一种高效、稳定且低成本的产品。
具体实施方式
[0030]下面，结合具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0031]以下是本专利技术具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
[0032]一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0033]1)将碳源材料和金属盐溶解于溶剂中，得到溶液
；
[0034]2)将含锂化合物添加到溶液中，蒸干溶液，得到金属配位的含锂化合物；
[0035]3)对金属配位的含锂化合物进行热解，得到金属/碳包覆氧化锂复合正极材料。
[0036]所述金属盐在本反应被还原，得到的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将碳源材料和金属盐溶解于溶剂中，得到溶液
；
2)将含锂化合物添加到溶液中，蒸干溶液，得到金属配位的含锂化合物；3)对金属配位的含锂化合物进行热解，得到金属/碳包覆氧化锂复合正极材料。2.如权利要求1所述的一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源材料包括羧甲基壳聚糖、酚醛树脂、蔗糖、葡萄糖中的一种或两种以上组合物；所述溶剂为去离子水、丙酮和乙醇中的一种或两种以上组合物。3.如权利要求1所述的一种金属/碳包裹氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述热解时间为4～20h，温度为400℃～1100℃。4.如权利要求1所述的一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐为钛、铁、锰、镍、钴盐中的一种或两种以上组合物。5.如权利要求1或4所述的一种金属/碳包覆氧化锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐为硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、酞菁钴、硝酸镍、硫酸镍、氯化镍、酞菁镍、硝酸钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬，梅骜，胡文龙，颜世银，
申请(专利权)人：广州凌顶能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：