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一种锂离子电池正极材料的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2015-10-10
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2016-01-27
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2018-02-09
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2035-10-10
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201510654315.2 申请日 2015-10-10
公开/公告号 CN105206823B 公开/公告日 2018-02-09
授权日 2018-02-09 预估到期日 2035-10-10
申请年 2015年 公开/公告年 2018年
缴费截止日
分类号 H01M4/505H01M4/525H01M10/0525C23C14/08 主分类号 H01M4/505
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 0
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN103855378A 被引证专利
专利权维持 2 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 湖北知本信息科技有限公司 当前专利权人 湖北知本信息科技有限公司
发明人 曾秀芳 第一发明人 曾秀芳
地址 湖北省孝感市孝汉大道38号银湖科技产业园3-112 邮编 432100
申请人数量 1 发明人数量 1
申请人所在省 湖北省 申请人所在市 湖北省孝感市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明公开了一种锂离子电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:(1)按比例将高纯锂盐、镍盐、锰盐溶解在去离子水中,其中锂盐高过量40%‑60%,球磨8‑10小时后烘干;(2)将烘干后的混合物研磨1‑2小时,并在700℃‑800℃预烧20‑30小时;(3)将经步骤(2)处理后的原料再研磨1‑2小时,接着在25‑35MPa下压片,然后在1000℃‑1100℃马弗炉中烧结12‑24小时,得到致密靶材;(4)把上述得到的靶材置于真空室内,利用准分子激光器通过透镜将激光聚焦到靶材上,激光溅射靶材产生的等离子体向外发射至基片上;(5)保持温度氧压不变,原位退火1‑3小时,得到的薄膜产物即可作为锂离子电池正极材料。本发明方法制备的正极材料结晶性高,具有很高的比容量和大电流放电能力。
  • 摘要附图
    一种锂离子电池正极材料的制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种锂离子电池正极材料的制备方法
  • 说明书附图:图2
    一种锂离子电池正极材料的制备方法
  • 说明书附图:图3
    一种锂离子电池正极材料的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-01-12 专利权的转移 登记生效日: 2020.12.30 专利权人由湖北知本信息科技有限公司变更为浙江麦知网络科技有限公司 地址由432100 湖北省孝感市孝汉大道38号银湖科技产业园3-112变更为314500 浙江省嘉兴市桐乡市桐乡经济开发区发展大道133号3幢503室
2 2018-02-09 授权
3 2016-01-27 实质审查的生效 IPC(主分类): H01M 4/505 专利申请号: 201510654315.2 申请日: 2015.10.10
4 2015-12-30 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种锂离子电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按比例将高纯锂盐、镍盐、锰盐加入去离子水中,其中锂盐高过量40%-60%,球磨
8-10小时后烘干,其中,锂盐、镍盐、锰盐的具体比例为Li:Ni:Mn=(1.4-1.6):0.5:1.5,锂盐为氢氧化锂,碳酸锂,氧化锂中的一种或几种,镍盐为氧化镍,氢氧化镍,碳酸镍中的一种或几种,锰盐为二氧化锰,氢氧化锰,碳酸锰中的一种或几种;
(2)将烘干后的混合物研磨1-2小时,并在700℃-800℃预烧20-30小时,升温速率在3-
10℃/min;
(3)将经步骤(2)处理后的原料再研磨1-2小时,接着在25-35MPa下压片,然后在1000℃-1100℃马弗炉中烧结12-24小时,得到致密靶材;
(4)把上述得到的靶材置于真空室内,利用准分子激光器通过透镜将激光聚焦到靶材上,激光溅射靶材产生的等离子体向外发射至基片上,所述基片为不锈钢,激光溅射该基片温度在750℃-800℃;
(5)保持温度氧压不变,其中所述氧压为20-40Pa,原位退火1-3小时,得到的薄膜产物即可作为锂离子电池正极材料。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的制备方法,其中,所述激光频率为
8-10Hz,能量密度为2-3J/cm2。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

[0002] 微电池目前已成为一个重要的技术领域和应用方向,微电池的比容量、循环寿命、放电能力以及安全性等直接影响着其性能和应用。全固态薄膜锂离子电池厚度可达微米量级,具有安全无污染、高比容量、高稳定性、大电流放电能力等优点,成为微电池的一个重要分支,在实际生产中具有重要的影响和应用。
[0003] 对于薄膜锂离子电池,其正极材料对循环寿命、放电能力以及安全性具有关键影响,因此如何制备优良性能的正极材料是提升微电池性能的关键环节。
[0004] 目前制备薄膜锂离子电池正极材料的方法主要包括化学气象沉积,磁控溅射,旋转涂覆以及脉冲激光溅射沉积(PLD)等,但是,目前的制备方法依然存在制备工艺复杂、制备的正极材料薄膜晶型厚度和均匀性不可控,使得其关键性能不足等缺陷,而且正极材料类型和晶型也无法适应微电池的需要,严重影响电池性能。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料的制备方法,其通过选用优化的材料并利用改进的制备工艺,制备出具有高比容量,大电流放电能力的正极材料,解决目前的锂离子电池正极材料制备工艺复杂、制备的正极材料性能不足的缺陷。
[0006] 为实现上述目的,按照本发明,提供一种锂离子电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:
[0007] (1)按比例将高纯锂盐、镍盐、锰盐溶解在去离子水中,其中锂盐高过量40%-60%,球磨8-10小时后烘干;
[0008] (2)将烘干后的混合物研磨1-2小时,并在700℃-800℃预烧20-30小时;
[0009] (3)将经步骤(2)处理后的原料再研磨1-2小时,接着在25-35MPa下压片,然后在1000℃-1100℃马弗炉中烧结12-24小时,得到致密靶材;
[0010] (4)把上述得到的靶材置于真空室内,利用准分子激光器通过透镜将激光聚焦到靶材上,激光溅射靶材产生的等离子体向外发射至基片上;
[0011] (5)保持温度氧压不变,原位退火1-3小时,得到的薄膜产物即可作为锂离子电池正极材料。
[0012] 作为本发明的改进,所述锂盐、镍盐、锰盐的具体比例优选为Li:Ni:Mn=(1.4-1.6):0.5:1.5.
[0013] 作为本发明的进一步改进,所述激光频率为8-10Hz,能量密度2-3J/cm2。
[0014] 作为本发明的进一步改进,所述氧压为20-40Pa。
[0015] 作为本发明的改进,所述基片为不锈钢,该基片温度在750℃-800℃。
[0016] 作为本发明的改进,锂盐为氢氧化锂,碳酸锂,氧化锂中的一种或几种。
[0017] 作为本发明的改进,所述镍盐为氧化镍,氢氧化镍,碳酸镍中的一种或几种。
[0018] 作为本发明的改进,所述锰盐为二氧化锰,氢氧化锰,碳酸锰中的一种或几种。
[0019] 总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下优势:
[0020] (1)原材料配比时选择锂盐高过量40%-60%,从而可以补偿高温烧结及制膜过程中因锂挥发产生的缺陷,从而使得制备的薄膜材料结晶晶型良好、厚度均匀,使得其电化学性能优良。
[0021] (2)所述靶材通过传统陶瓷烧结工艺制备,为提高靶材质量,采用长时间高温预烧和烧结方法,为避免烧结以及镀膜中锂缺失产生缺陷而影响电池的电化学性能。
[0022] (3)本发明的方法可以制备出具有高比容量,大电流放电能力的正极材料,使得组装的电池具有很高的比容量和大电流放电能力。

实施方案

[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明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发明,并不用于限定本发明。
[0027] 按照本发明一个优选实施例的锂离子电池正极材料的制备方法,其具体包括如下步骤:
[0028] 1)以高纯锂盐例如LiOH·H2O(优选纯度99.9%),镍盐例如NiO(优选纯度99.99%),锰盐例如MnO2(优选纯度99.9%)为原料,按照Li、Ni、Mn摩尔比1.5:0.5:1.5称取一定量的以上原料,然后放入球磨罐内,加入适量去离子水,球磨8小时并烘干。
[0029] 本实施例中优选的锂盐、镍盐和锰盐分别为LiOH·H2O、NiO和MnO2,但本发明中并不限于此,实际上一般锂盐、镍盐和锰盐或相应盐的混合物均可使用,例如锂盐可以为氢氧化锂,碳酸锂,氧化锂中的一种或几种,镍盐可以为氧化镍,氢氧化镍,碳酸镍中的一种或几种,锰盐为二氧化锰,氢氧化锰,碳酸锰中的一种或几种。
[0030] 本实施例中优选的Li、Ni、Mn摩尔比为1.5:0.5:1.5,但实际上本发明中并不限于此,实际上Li、Ni、Mn摩尔比可以为其他比例,例如在一个实施例中Li、Ni、Mn摩尔比为1.4:0.5:1.5,另一个实施例中Li、Ni、Mn摩尔比为1.6:0.5:1.5。本发明中Li、Ni、Mn摩尔比优选是Li:Ni:Mn=(1.4-1.6):0.5:1.5。
[0031] 将锂盐高过量40-60%,可以补偿高温烧结以及PLD制膜过程中因锂挥发产生的缺陷,从而使得制备的薄膜材料结晶晶型良好、厚度均匀,使得其电化学性能优良。
[0032] 2)再将混合物烘干,置于研钵中研磨1-2小时,然后在马弗炉内以5℃/min的速率升温至750℃,恒温预烧20小时,降至室温。
[0033] 实际上,本发明中,预烧过程中马弗炉恒温温度可以在700℃-800℃范围内,预烧时间20-30小时均可,马弗炉升温速率可以在3-10℃/min。
[0034] 3)将预烧后的样品研磨0.5-1小时,加入适量粘合剂,继续研磨0.5-1小时后,在30MPa的压力下压成靶材,在马弗炉内以5℃/min的速率升温至1000℃,恒温烧结12小时,得到致密靶材。
[0035] 如图1所示,XRD测试结果表明靶材为尖晶石结构的正极材料,其峰型尖锐,背底平整,无任何杂质峰出现,说明靶材的晶型优良。
[0036] 实际上,本发明中,靶材压片压力不限于上述值,例如可以为25-35Mpa,另外,马弗炉恒温烧结的温度可以在1000℃-1100℃范围内,烧结时间可以在12-24小时,具体根据实际情况进行选择。
[0037] 4)将形成的靶材放入真空室内,利用不锈钢基片与靶材距离为4-5cm,用分子泵将真空泵抽到2×10-3Pa,经三次氧气清洗后保持氧压为25Pa,基片温度升至750℃。开启准分子激光器(在一个实施例中优选是KrF准分子激光器),优选其频率为10Hz,激光器能量密度设为2J/cm2,调整凸透镜使激光聚焦在靶材表面,产生的等离子体向外发射至基片上。
[0038] 如图2所示,XRD测试结果表明薄膜材料的主峰(111)峰形尖锐,无任何杂质峰,说明薄膜晶性完好,结晶性高。
[0039] (5)保持温度、氧压不变原位退火1-3小时,形成薄膜,即可作为锂离子电池正极材料。
[0040] 将所述得到的正极材料组装成标准的薄膜锂离子电池,其具有优良的电化学性能。
[0041] 图3为电池在3.0-4.9V电压范围内,以0.2C恒电流充电下,分别以0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C、0.2C放电的放电曲线,可以看到750℃所制备的薄膜材料放电比容量显著增加,大电流放电能力大幅提升,在0.2C,0.5C,1C间变化时,750℃下制备的薄膜电极材料放电容量依次出现了增强的台阶,大大优于650℃所制备的薄膜电极材料,而从1C到10C倍率间变化时逐渐出现小幅度的容量衰减,最后当放电倍率重新恢复到0.2C时,容量再次大幅回升至首轮0.2C放电容量水平,说明薄膜结构稳定,具备较强的循环可逆性和大电流放电能力。
[0042] 本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

附图说明

[0023] 图1为按照本发明一个实施例所构建的高过量锂的正极材料靶材的X射线衍射(XRD)谱;
[0024] 图2为图1中的正极材料在750℃下镀膜1小时并经退火处理后的正极材料薄膜的X射线衍射(XRD)谱;
[0025] 图3为具有按照本发明一个实施例所构建的薄膜正极材料的锂离子电池的电化学倍率测试曲线。
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