一种用于锂离子电池的混合正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电池领域，尤其涉及一种具有高寿命、高能量密度且成本更低的锂离子二次电池的混合型正极材料及其制备方法。本发明专利技术提供一种用于锂离子电池的正极的材料，其原料组分包括：掺杂锂锰尖晶石复合氧化物20-60wt%；掺杂锂镍钴锰复合氧化物40-80wt%。本发明专利技术所提供的用于锂离子电池的正极的材料，对锂锰尖晶石进行适当掺杂，能有效减少晶格缺陷，稳定晶体结构，抑制晶格畸变，减少锰的溶出，提高循环寿命，并能改善大电流充放电性能和安全性能，这些方面的提高EV、HEV用锂离子电池是重要的要求。对层状结构的锂镍钴锰复合氧化物而言，掺杂同样有着同样效果，使其循环性能、倍率性能、安全性能得到较好的提升。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种电池领域，尤其涉及一种具有高寿命、高能量密度且成本更低的锂离子二次电池的混合型正极材料及其制备方法。本专利技术提供一种用于锂离子电池的正极的材料，其原料组分包括：掺杂锂锰尖晶石复合氧化物20-60wt%；掺杂锂镍钴锰复合氧化物40-80wt%。本专利技术所提供的用于锂离子电池的正极的材料，对锂锰尖晶石进行适当掺杂，能有效减少晶格缺陷，稳定晶体结构，抑制晶格畸变，减少锰的溶出，提高循环寿命，并能改善大电流充放电性能和安全性能，这些方面的提高EV、HEV用锂离子电池是重要的要求。对层状结构的锂镍钴锰复合氧化物而言，掺杂同样有着同样效果，使其循环性能、倍率性能、安全性能得到较好的提升。【专利说明】
本专利技术涉及一种电池领域，尤其涉及一种具有高寿命、高能量密度且成本更低的锂离子二次电池的混合型正极材料及其制备方法。
技术介绍
随着能源价格的日益高涨和环境压力的加大，已经使得汽车行业对新能源动力的技术需求快速增长。锂离子电池现在被原来越多的企业和研究者认为是新的动力源，这就迫切需要发展具有高安全、高能量密度、高功率、长循环、高环保及价廉的锂离子电池正极材料。 基于安全性和成本考虑，锂锰尖晶石正极材料现在被认为是一种具有优势的动力用锂离子电池正极材料。然而由于锂锰尖晶石正极材料在充放电过程中，尤其是在较高温度下使用时，与电解液易发生相互作用，导致锰的溶出，致使电池容量发生较大的衰减，必须加以改性处理以改进循环性能。同时锂锰尖晶石较低的克容量和压实密度特性，使用其作为正极材料的电池能量密度较低，限制了其在EV、HEV等方面的应用。为了克服上述缺点，各国技术人员已经进行了各种尝试。在应用中发现，如果将锂锰尖晶石氧化物和一种或多种不同组分的锂镍钴锰复合氧化物按一定比例混合作为正极材料使用，可以提高锂离子电池的循环寿命，同时由于锂镍钴锰复合氧化物较高的能量密度，由它们的混合物制成的电池能量密度也有较大的提升。目前的使用方法多为电池厂家采购正极材料厂家的原料进行简单混合后使用，由于来料的性能匹配问题，循环寿命、安全性提升有限，且一致性低。这就要求材料厂家提供一种能够直接使用的混合型正极材料来满足锂离子电池生产厂商的要求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，为了实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种用于锂离子电池的正极的材料，其主要原料组分包括:掺杂锂锰尖晶石复合氧化物 20_60wt%;掺杂锂镍钴锰复合氧化物 40_80wt%。所述主要原料组分不包括包覆剂和去离子水。优选的，所述掺杂锂锰尖晶石复合氧化物为LiMn2_yMy04_zNz，其中M选自Mg、Ca、Zn、Al,Co,Cr,Fe,Ti等二价、三价和四价金属元素中的一种或两种，0〈y〈0.2，N选自F、C1、S等一价或二价阴离子中的一种或两种，0〈z〈0.1。当M为两种元素时，两种元素的下标之和为y。所述下标表示的是化合物组成元素的原子个数比。当N为两种元素时,两种元素的下标之和为z。具体的，所述掺杂锂锰尖晶石复合氧化物LiMn2_yMy04_zNz可为LiMn1.9A10.05CO0.Q5O3.98F0.02，LiMn1 9Al0.05Mg0.05O3.98^0.02，LiMn1.gAl0.0sMg0.05O3.98^0.02，LiMn1 9A10.05M&105O3.98^0.02。优选的，所述掺杂锂锰尖晶石复合氧化物的粉末微观形貌为二次球形颗粒，平均粒径为8-15 μ m,比表面积为0.2-0.8m2/g，一次粒子直径1-5 μ m。优选的，所述掺杂锂镍钴锰复合氧化物选自一种或两种以上的LiNiaComMnbXeO2,其中X选自Mg、Ca、Zn、Al、Co、Cr、Fe、Ti等二价、三价和四价金属元素中的一种或两种，其中 0.3〈a〈0.9,0.05〈b〈4，0〈c〈0.1。当X为两种元素时,两种元素的下标之和为C。具体的，所述掺杂锂镍钴锰复合氧化物LiNiaComMnbXeO2可为LiNitl.333CoQ.329MH0.333^80.004^2? LiNi0.333Co0.329Mn0.333Ti0.002^80.002O2，LiNi0.333Co0.329Mn0.333Ti0.002^80.002^2?LiNi0.5Co0.196Mn0.3A10 Q04O2, LiNi0 333^0ο.329^0.333^10.002 Mg0.0Q2O2。优选的，所述掺杂锂镍钴锰复合氧化物的粉末微观形貌为二次球形颗粒，平均粒径为8-15 μ m,比表面积为0.2-0.8m2/g, 一次粒子直径1-5 μ m。优选的，当所述掺杂锂镍钴锰复合氧化物选自两种以上的LiNiaCo1I1^MnbXA时，各种LiNiaCo1I1^MnbXcO2在所述掺杂锂镍钴锰复合氧化物中的质量百分比含量相等。本专利技术第二方面提供一种用于锂离子电池的正极的材料的制备方法，包括如下步骤:(I)混合:将所述掺杂锂锰尖晶石复合氧化物和掺杂锂镍钴锰复合氧化物按比例置于容器中混合，再在容器中加入分散剂并搅拌均匀；(2)包覆:在步骤I所得溶液中滴加包覆剂，滴加完毕后过滤，将滤饼烘干；(3)热处理:将步骤2所得物料进行热处理，并将热处理所得物料过筛，即得所述用于锂离子电池的正极的材料。优选的，所述步骤I中的分散剂为去离子水。优选的，所述步骤I中所述去离子水的重量与所述原料的重量比为1-5:1，所述搅拌过程中搅拌机的转速为500-1500rpm，搅拌时间为5_20min。优选的，所述步骤2中包覆剂包括两种不同的包覆剂，第一种包覆剂选自氢氧化锂水溶液、碳酸铵水溶液、磷酸铵水溶液、氟化铵水溶液等水溶液或去离子水中的一种，第二种包覆剂选自硝酸铝水溶液、硝酸镁水溶液、硝酸锌水溶液、硝酸锆水溶液、硝酸钴水溶液或硝酸氧钛水溶液等可以发生水解反应生成沉淀物质的水溶液中的一种。所述第一种包覆剂中的水溶液为可以使第二种包覆剂发生水解反应的物质的水溶液。优选的，所述氢氧化锂水溶液、碳酸铵水溶液、磷酸铵水溶液、氟化铵水溶液、硝酸铝水溶液、硝酸镁水溶液、硝酸锌水溶液、硝酸锆水溶液、硝酸钴水溶液、硝酸氧钛水溶液的浓度为 0.1-lmol/L。优选的，所述第二种包覆剂的滴加量的计算方法为:以所述第二种包覆剂中金属元素占所述原料中过渡金属元素N1、Co和Mn总量的0.2_2at%为准。优选的，所述第一种包覆剂的滴加量的计算方法为:以与第二种包覆剂按理论反应式完全反应的量为准。优选的，所述包覆剂的滴加速度以在l_3h内滴完为准。优选的，所述步骤2中滤饼的具体烘干条件为在80_150°C下烘干5_12h。优选的，在所述步骤2中，在所述滴加完毕之后、过滤之前还需搅拌l_3h。优选的，所述热处理过程为:将步骤2所得的物料置于空气气氛马弗炉内，以3-80C /min的升温速度加热至400_700°C，保温2_8h，随炉冷却至室温后取出。如上所述，本专利技术所提供的一种用于锂离子电池的正极的材料相对单一的正极材料和相对常见的简单混合正极材料具有高寿命、高能量密度且成本更低的优势。本专利技术采用的正极材料均为掺杂后的锂过渡金属氧化物。本专利技术专利技术人经研究后发现，对锂锰尖晶石进行适当掺杂，能有效减少晶格缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂离子电池的正极的材料，其主要原料组分包括：掺杂锂锰尖晶石复合氧化物    20‑60wt%；掺杂锂镍钴锰复合氧化物      40‑80wt%；所述掺杂锂锰尖晶石复合氧化物为LiMn2‑yMyO4‑zNz，其中M选自Mg、Ca、Zn、Al、Co、Cr、Fe、Ti中的一种或两种，0

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢永强，孙化雨，
申请(专利权)人：协鑫动力新材料盐城有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32