[发明专利]一种层板镍锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及层状正极材料的制备方法，特别是层板镍锰酸锂材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池在储能系统等领域具有重要的应用前景。随着电动车用锂离子电池的快速发展，人们对电池的比能量密度、比功率密度提出了进一步要求。

尖晶石型镍锰酸锂具有能量密度（理论值为1100 Wh/kg，实际值可接近为 700 Wh/kg）及工作电压（电极电势约4.7 V，vs Li/Li⁺）高、结构稳定、制备原料丰富、安全性能高等特点，是高能量密度、高功率密度型锂离子电池正极材料的有力竞争者（参见：Arumugam Manthiram, Katharine Chemelewski, Eun-Sung Lee. A perspective on the high-voltage LiMn_1.5Ni_0.5O₄ spinel cathode for lithium-ion batteries[J]. Energy Environ. Sci., 2014, 7：1339–1350）。近年来，高电压电解液的研发取得了长足进步，使得镍锰酸锂材料的开发利用前景更为乐观（参见：Kang Xu. Electrolytes and interphases in Li-ion batteries and beyond[J]. Chem. Rev., 2014, 114: 11503–11618）。

要想进一步提高镍锰酸锂材料的功率密度，需在保证其 4.7 V 工作电压的基础上，着力提高其快速充放电能力，即大倍率性能。通常认为决定锂离子电池的充放电倍率的重要因素是锂离子和电子在电极材料中的迁移速率，而增加离子和电子在电池中的传输动力学的方法主要集中在寻求新的电极材料和设计出可以使离子和电子高倍率传输的电极材料结构，或者是使用纳米材料减少电子和锂离子移动的路径长度。目前，研发新型电极材料的难度过大且过程成本及风险均偏高，因此设计有利于电子传输的电极材料结构和材料的纳米化是解决电池快速充放电最常用的方法（参见：Jiantie Xu, Shixue Dou, Huakun Liu, et al. Cathode materials for next generation lithium ion batteries[J]. Nano Energy, 2013, 2: 439–442）。

发明内容

本发明的目的是提供一种层板镍锰酸锂的制备方法。

本发明是一种层板镍锰酸锂材料的制备方法，其步骤为：

（1）在室温下，将锰盐溶解于比例为1:9-1:1的醇和水的混合液中，锰离子在醇水溶液中的摩尔浓度为0.3—1.5 mol/L，在上述混合液中直接加入锂盐；锰、锂盐的用量按摩尔比3:2进行确定；然后在搅拌条件下，向上述溶液加入摩尔数为锰盐摩尔数0.4—2倍的双氧水，此时得到黑色溶液；

（2）将镍盐加入到上述黑色溶液中，锰、锂、镍盐的用量按摩尔比为3:2:1进行确定，并继续搅拌1—6 h；

（3) 70—100℃下将所得溶液进行加热，以回收溶剂并制得胶状物；然后将胶状物于100—120 ℃下干燥2—12 h；

（4）将干燥后的物质进行煅烧，即可得到具有规整的二维层板结构的镍锰酸锂材料。

本发明的有益之处是：（1）制备方法工艺简单，原料廉价易得，易于推广实施；所得材料结构规整；（2）在锰盐、锂盐的醇/水混合液中加入双氧水，利用双氧水的氧化性预先提升了锰离子的价态，有效避免了镍锰酸锂材料中低价锰的存在。

混入镍盐后，利用醇/水混合液中预氧化后锰盐的晶核作用及醇的表面修饰作用，既保证了镍、锰、锂三种元素的均匀混合，又保证了材料在层状方向上的优势生长，可确保得到结晶性能良好的层板材料。

附图说明

图1 为本发明实施例1 所制备的层板镍锰酸锂材料的X 射线衍射(XRD) 图谱，图2 为本发明的实施例1所制备的层板镍锰酸锂材料的的扫描电镜照片。

具体实施方式

本发明是一种层板镍锰酸锂材料的制备方法，其步骤为：

（1）在室温下，将锰盐溶解于比例为1:9-1:1的醇和水的混合液中，锰离子在醇水溶液中的摩尔浓度为0.3—1.5 mol/L，在上述混合液中直接加入锂盐；锰、锂盐的用量按摩尔比3:2进行确定；然后在搅拌条件下，向上述溶液加入摩尔数为锰盐摩尔数0.4—2倍的双氧水，此时得到黑色溶液；