[发明专利]一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体为一种一步水热反应制备LiNi_0.5Mn_0.5O₂纳米颗粒的方法。

背景技术

与其他二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，已成为化学电源应用领域中最具竞争力的电池。锂离子电池目前主要用于手机、笔记本电脑、电动工具、电子产品等方面，未来将应用于电动汽车、电动自行车、航天航空、军事移动通信工具和设备等领域。对我国而言，汽车污染日益严重，尾气、噪音等对环境的破坏到了必须加以控制和治理的程度，特别是在一些人口稠密、交通拥挤的大中城市情况变得更加严重。在这种形势下对电动汽车的需求日益强烈。目前电动汽车、插拔式电动汽车和混合动力汽车的动力电池市场将进入快速增长期，而锂离子电池在其中的份额也在不断扩大，并有可能在将来呈现爆发式增长。锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能。可以认为正极材料是电池中锂离子之源，其性能直接关系到电池性能，是锂电能量密度的基础，是锂电池中最关键的功能材料。

正极材料一般采用具有高插入电位的过渡金属氧化物。按照其框架结构与锂离子的相对分布分，可用的正极材料可大致分为层状结构、尖晶石结构和橄榄石结构。目前全世界研究的正极材料主要集中在层状结构的LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、尖晶石结构的LiMn₂O₄、橄榄石结构的LiFePO₄化合物及其衍生物上。其中LiCoO₂已经实现商业化生产，并且在轻便电子设备如手机、笔记本电脑等领域被广泛用作锂离子电池正极材料。但是，受钴资源缺乏的制约及LiCoO₂不安全性的影响，LiCoO₂在大容量电池中的应用受到限制。为此，近年来许多研究小组进行了大量的工作，力图研制出比LiCoO₂价格更低、容量更高、安全性更好的新型正极材料。

由于目前已有的单一正极材料都有各种各样的缺陷，那么综合两种或多种正极材料，通过协同作用避开缺陷以达到最优的使用性能是很有必要的，其所得到的正极材料就称为多元材料。因为LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂都具有层状结构，且Co、Ni、Mn是属于同一周期相邻的几个元素，具有相似的核外电子排布，原子半径比较接近，因此许多研究者希望通过Co、Ni、Mn互相掺杂，结构互补得到性能更优异的正极材料。目前，研究的这类材料有Co、Ni、Mn之间的二元组合，三元组合，如LiNi_1-xCo_xO₂、LiMn_1-xCo_xO₂、LiNi_1-xMn_xO₂及LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂等。其中与LiCoO₂具有相同层状结构的二元材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂倍受关注。它具有成本低、热安全性显著优于LiCoO₂、且比容量较大等优点。但是这种材料的缺点是电导率较低，而传统的固相烧结法和共沉淀法所合成的粉末颗粒尺寸较大，无法满足动力电池快速充放电的需求。而具有纳米尺寸的LiNi_0.5Mn_0.5O₂颗粒，因其缩短的锂离子和电子扩散路径，具有快速充放电性能，被认为是极具开发前景的动力锂离子电池的新型正极材料。