[发明专利]一种阳离子掺杂三元正极材料纳米纤维的制备方法

说明书

一种阳离子掺杂三元正极材料纳米纤维的制备方法，涉及纳米材料。将镍源、钴源和锰源加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，磁力搅拌，得溶液A；在溶液A中加入锂源和金属阳离子源，置于恒温油浴锅磁力搅拌，得溶液B；将聚丙烯腈加入到N,N‑二甲基甲酰胺中搅拌，全部溶解后得溶液C；将溶液B全部加入溶液C中，置于恒温油浴锅磁力搅拌，得溶液D；将溶液D转移至注射器中，进行静电纺丝，纺出的产物用铝箔接收；将所得产物干燥后置于马弗炉中于220～300℃煅烧1～3h，然后升温至350～500℃，煅烧3～5h，最终升温至750～850℃，再煅烧8～16h后降温至室温，即得阳离子掺杂三元正极材料纳米纤维。

技术领域

本发明涉及纳米材料，尤其是涉及一种阳离子掺杂三元正极材料纳米纤维的制备方法。

背景技术

近20年来，通过静电纺丝技术可有效地制备一维纳米结构，但是，大多技术还仅限于制备简单组分。对于复杂组分，例如多元氧化物，由于其前驱体溶液的难纺性以及其复杂的生长过程，使得很难通过静电纺丝获得完好的形貌，这严重限制了静电纺丝技术的进一步应用。例如，作为一种优异的锂离子电池正极材料，具有一维结构形貌的层状过渡金属氧化物(LiNi_xCo_yMn_zO₂(NCM),x+y+z＝1)由于其大的比表面积，短的离子扩散路径导致的良好的电荷转移动力学等，可以很大程度上增强这一材料的电化学性能。然而，通过静电纺丝技术制备具有良好一维结构的NCM材料的相关报道还比较少，利用静电纺丝技术制备复杂过渡金属氧化物仍具有一定的挑战。

目前，锂离子电池正极材料整体研究进展较为缓慢，市场上主要以钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)为主导。但这些正极材料的比容量较低，阻碍锂离子电池能量密度的进一步提升。而三元NCM正极材料较之相比，有着更高的比容量，能够最大程度上满足电动汽车、航空航天等领域的需求，兼具容量、稳定性与成本三方面的优势，是一种非常具有产业化前景的锂离子电池正极材料。但是，由于阳离子混排效应以及在充放电过程中材料表面微结构的变化，导致三元系列材料的首次充放电效率不高，且材料的离子扩散系数较低，使得其倍率性能不是很理想。一般而言，阳离子掺杂可以有效改善材料某些方面的性能，如：热稳定性、循环性能以及倍率性能等。

发明内容

本发明的目的是提供制备过程耗时较短、产耗少、具备良好电化学性能的一种阳离子掺杂三元正极材料纳米纤维的制备方法。

本发明所述阳离子掺杂三元正极材料纳米纤维的化学通式为LiNi_1-x-yCo_xMn_y-zM_zO₂，其中，0x1，0y1，0≤z≤0.05，M为金属阳离子。

本发明所述阳离子掺杂三元正极材料纳米纤维的制备方法包括以下步骤：

1)将镍源、钴源和锰源加入到N,N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌，得溶液A；