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    用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法及其應(yīng)用制造技術(shù)

    技術(shù)編號:41910783 閱讀:19 留言:0更新日期:2024-07-05 14:14
    本發(fā)明專利技術(shù)涉及二次電池技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及用于鈷酸鋰的Li位摻雜的電化學(xué)輔助法及其應(yīng)用。鈷酸鋰Li位摻雜方法通過充電將鈷酸鋰中的Li<supgt;+</supgt;脫出,即得到了具有Li空位的Li<subgt;1?x</subgt;CoO<subgt;2</subgt;,將Li<subgt;1?</subgt;<subgt;x</subgt;CoO<subgt;2</subgt;與摻雜劑混合研磨均勻,所述摻雜劑為M金屬鹽,得到Li<subgt;1?x</subgt;CoO<subgt;2</subgt;與M的金屬鹽的混合物;將Li<subgt;1?x</subgt;CoO<subgt;2</subgt;與M的金屬鹽的混合物放入馬弗爐中,升溫并保持一段時間,即得到所述鈷酸鋰精準(zhǔn)Li位摻雜的樣品,即Li<subgt;1?x</subgt;M<subgt;y</subgt;CoO<subgt;2</subgt;。本發(fā)明專利技術(shù)通過電化學(xué)法制造出了鈷酸鋰的Li空位,使得Li位摻雜所需的能量變低,從而使得金屬元素更容易摻雜到Li位點而不是Co位點,克服了摻雜位點不確定的問題,顯著提高了電池的電化學(xué)性能。

    【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

    本專利技術(shù)涉及二次電池,特別涉及鈷酸鋰的li位摻雜的電化學(xué)輔助法及其應(yīng)用。


    技術(shù)介紹

    1、鈷酸鋰(licoo2)是最常用的鋰離子電池正極材料之一,從最初第一代的4.2v鈷酸鋰已經(jīng)發(fā)展到4.45v的商業(yè)化應(yīng)用。但其能量密度仍然難以滿足需求?,F(xiàn)如今,鈷酸鋰正朝著更高電壓的方向發(fā)展。然而,當(dāng)鈷酸鋰被充電至高電壓(>4.45v)時,會面臨嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)惡化和性能衰退。

    2、金屬元素?fù)诫s是提升鈷酸鋰高電壓穩(wěn)定性常用策略。但實現(xiàn)精準(zhǔn)的li位摻雜仍然是目前的技術(shù)難題。如果能夠開發(fā)一種合成策略,實現(xiàn)精準(zhǔn)摻雜,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)性能提升,還能夠深入研究金屬元素?fù)诫s對鈷酸鋰的改性機(jī)理,從而實現(xiàn)更高電壓鈷酸鋰電池的商業(yè)化應(yīng)用。

    3、然而,目前并沒有完整的精準(zhǔn)摻雜的技術(shù)報道,對于licoo2的li位精準(zhǔn)摻雜更是存在技術(shù)壁壘。現(xiàn)有的技術(shù)是使用co3o4與li2co3以及摻雜劑通過高溫煅燒進(jìn)行l(wèi)i位摻雜,這種方法無法做到li位精準(zhǔn)摻雜且摻雜難度較大。


    技術(shù)實現(xiàn)思路

    1、為解決上述
    技術(shù)介紹
    中提出的現(xiàn)有的方法對于licoo2的li位難以成功摻雜,更難以實現(xiàn)大量摻雜和摻雜量的可控問題,本專利技術(shù)提供一種用于鈷酸鋰精準(zhǔn)li位摻雜的電化學(xué)輔助法,包括以下步驟:

    2、s100、通過充電將鈷酸鋰中的li+脫出,即得到了具有l(wèi)i空位的li1-xcoo2;

    3、s200、將li1-xcoo2與摻雜劑混合研磨均勻,所述摻雜劑為m的金屬鹽,得到li1-xcoo2與m的金屬鹽的混合物;

    <p>4、s300、將li1-xcoo2與m的金屬鹽的混合物進(jìn)行煅燒,即得到所述鈷酸鋰li位摻雜的樣品,即li1-xmycoo2。

    5、在上述方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地,所述m的金屬鹽為m的硝酸鹽或氯化鹽中的一種或多種。

    6、在上述方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地,s300中,煅燒工藝為,在加熱容器中(具體可以選擇在馬弗爐中)以升溫速率為1℃/min~10℃/min升溫至750~1000℃,保持時間為4~24h。

    7、在上述方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地,s300中,升溫溫度為900℃,升溫速率為5℃/min,保持時間為10h。

    8、在上述方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地,所述x的取值范圍為0.005≤x≤0.5,優(yōu)選的,x為0.05。

    9、在上述方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地,所述充電的截止電壓范圍為3.9v~4.2v。

    10、在上述方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地,所述摻雜劑為與li+半徑差異不超過±20%的m金屬元素的m金屬鹽。

    11、在上述方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地,所述m金屬鹽為mg2+、al3+、ti4+和zr4+金屬鹽中的一種或者多種。

    12、在上述方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步地,li1-xmycoo2中的摻入量y與li空位濃度x之比等于li和m金屬元素化合價之比的倒數(shù)。

    13、本專利技術(shù)還提供一種如上任意所述用于鈷酸鋰li位摻雜的電化學(xué)輔助法在制備鋰離子電池層狀正極材料上的應(yīng)用。

    14、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本專利技術(shù)實施例提供的用于鈷酸鋰精準(zhǔn)li位摻雜的電化學(xué)輔助法具有以下原理和效果:

    15、1、通過電化學(xué)法制造出了鈷酸鋰的li空位,使得li位摻雜所需的能量變低,從而使得金屬元素更容易摻雜到li位點而不是co位點,克服了摻雜位點不確定的問題。

    16、2、優(yōu)選實施例中,選用與li+半徑差異較小的金屬鹽作為摻雜劑有利于材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,其中,mg2+、al3+、ti4+和zr4+均為電化學(xué)惰性的材料,在充電過程中,它們不會脫出,充當(dāng)材料的支架作用,因而加固了材料的穩(wěn)定性,延長了電池的使用壽命;更有選的,以金屬m的硝酸鹽或氯化鹽作為摻雜劑在穩(wěn)定了鈷酸鋰晶體結(jié)構(gòu)的同時,也減少了雜質(zhì)的引入,從而提高了電化學(xué)性能。

    17、3、優(yōu)選實施例限定的li1-xcoo2中x的取值范圍為0.005~0.5,即li位濃度不能大于li的含量,專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)過量的金屬元素?fù)诫s會影響電池的容量和電化學(xué)性能,其中,當(dāng)li+脫出量為5%時,其性能最優(yōu),結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定,即x為0.05。

    本文檔來自技高網(wǎng)
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    【技術(shù)保護(hù)點】

    1.一種用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于,包括以下步驟:

    2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:所述M的金屬鹽為M的硝酸鹽或氯化鹽中的一種或多種。

    3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:S300中,煅燒工藝為,在加熱容器中以升溫速率為1℃/min~10℃/min升溫至750~1000℃,保持時間為4~24h。

    4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:S300中,升溫溫度為900℃,升溫速率為5℃/min,保持時間為10h。

    5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:所述x的取值范圍為0.005≤x≤0.5,優(yōu)選的,x為0.05。

    6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:所述充電的截止電壓范圍為3.9V~4.2V。

    7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:所述摻雜劑為與Li+半徑差異不超過±20%的M金屬元素的M金屬鹽。

    8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:所述M金屬鹽為Mg2+、Al3+、Ti4+和Zr4+金屬鹽中的一種或者多種。

    9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:Li1-xMyCoO2中的摻入量y與Li空位濃度x之比等于Li和M金屬元素化合價之比的倒數(shù)。

    10.一種如權(quán)利要求1-9任一項所述用于鈷酸鋰Li位摻雜的電化學(xué)輔助法在制備鋰離子電池層狀正極材料上的應(yīng)用。

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    【技術(shù)特征摘要】

    1.一種用于鈷酸鋰li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于,包括以下步驟:

    2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:所述m的金屬鹽為m的硝酸鹽或氯化鹽中的一種或多種。

    3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:s300中,煅燒工藝為,在加熱容器中以升溫速率為1℃/min~10℃/min升溫至750~1000℃,保持時間為4~24h。

    4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鈷酸鋰li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:s300中,升溫溫度為900℃,升溫速率為5℃/min,保持時間為10h。

    5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈷酸鋰li位摻雜的電化學(xué)輔助法,其特征在于:所述x的取值范圍為0.005≤x≤0.5,優(yōu)選的,x為0.05。

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    【專利技術(shù)屬性】
    技術(shù)研發(fā)人員:徐永夏靖,張婷,劉春花,
    申請(專利權(quán))人:嘉庚創(chuàng)新實驗室,
    類型:發(fā)明
    國別省市:

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