[发明专利]一种高比能高功率锰酸镍锂正极制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高比能高功率锰酸镍锂正极制备方法，属于能源材料、新材料及锂离子电池制备技术领域。

背景技术

近年来，随着能源环境问题的日益严重以及电子产品轻型化的要求，人们对锂离子二次电池的研究不断深入。商业化的锂离子电池正极材料LiCoO₂ 由于价格高，有毒性，人们一直努力在寻找其替代品。锰酸锂由于价格低廉、无毒而倍受关注。而加入镍的LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 充放电平台在4.6~4.8V 之间，是5V材料，理论容量可达到147mAh/g，具有更高的能量密度，有希望作为动力电池得到应用。

发明内容

本发明专利主要内容是采用镍锰锂乙酸盐与草酸、草酸铵、柠檬酸、柠檬酸三铵中的一种做螯合剂制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 产物振实密度达到2.0~2.5且形貌规整。采用的溶胶凝胶方法合成的材料有较好的电化学性能。

用溶胶凝胶法制备时前驱体在400~450℃空气中使醋酸盐分解，轻微研磨后，在850℃~900℃氧气气氛中煅烧1~2h之后退火至500~600℃煅烧6~10h得到样品材料。

通过XRD、SEM、BET 表征材料结构形貌等物理特性，通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等手段对材料电化学稳定性进行测试。比较不同合成条件，不同PH值，以及同一样品不同条件下电化学性能检测。

本发明的目的在于提供一种性能优良、价格低廉的高比能高功率锰酸镍锂正极制备方法，该方法简单，可制备形貌规整振实密度高、优化了材料的电化学性能。

该方法的技术方案如下：

一种高比能高功率锰酸镍锂正极制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

1)按化学计量比分别称取锰源锰盐、镍源镍盐、锂源锂盐，用去离子水溶解配制成（Ni+Mn+Li）0.1525Mol的锰镍锂混合溶液；

2)称取螯合剂：草酸、草酸铵、柠檬酸、柠檬酸三铵的一种配制成浓度为0.15mol溶液；

3)准备25%的氨水溶液；

4)将步骤1）的溶液超声溶解或加热溶解，再将步骤2)的溶液在60℃状态下搅拌至溶解；

5)将步骤2)的溶液在60℃状态下搅拌至溶解；升温至90℃继续搅拌状态下将已溶解的步骤1）混合溶液，滴加至已完全溶解的步骤2溶液中；滴加时间控制在30~60min；

6)然后向1）和2）的混合溶液中滴加25%的氨水至PH=6.5～7，升温至98℃，用3HZ搅拌至蒸干，呈草绿色；

7)将步骤6)的草绿色硬块，于90℃真空干燥12-48h;

8)移入坩埚中置于马弗炉中在400-450℃空气中烧结4-6小时，升温速度每分钟5～10℃，自然降温至室温；

9)将步骤8）所得产物研磨后，在空气中于850～900℃下煅烧1～2h后退火：600～650℃，时间8～10h后即获得高电压、高振实密度、高容量性能优异的产品LiNi_0.5Mn_1.5O₄。

 本发明制备的高比能高功率锰酸镍锂正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄，具有较高的振实密度，可达到2.0~2.5g/cm³;并且产品颗粒形貌规整，将十分有利于颗粒表面包覆和修饰，为进一步提高产品电化学性能提供有利的条件。产品具有较好的电化学性能；在高比能、高功率锂离子电池领域具有很大的应用价值。

附图说明

图1 为实施例1所述目标产物的以1C的倍率，在电压范围为3.8 V～4.9 V下的首次和200次充放电循环性能；

图2 为实施例1所述目标产物的SEM图谱；

图3 为实施例1所述目标产物的XRD图谱；

图4为实施例2所述目标产物的以1C的倍率，在电压范围为3.8 V～4.9 V下的首次和200次的库伦效率及放电容量；

图5为实施例2所述目标产物;以0.5C的倍率，在电压范围为3.6V～4.9 V下的首次充放电性能；

图6为实施例2所述目标产物为以0.5C的倍率，在电压范围为3.5 V～4.9 V下的1000次充放电及循环性能；

图7为实施例2所述目标产物为的XRD图谱。

具体实施方式