[发明专利]一种分等级结构镍锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种分等级结构镍锰酸锂正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池领域。可通过水热法结合程序控温煅烧选择性合成该分等级结构的镍锰酸锂。该方法包括以下步骤：首先，将一定量镍源和锰源溶解在去离子水和乙二醇的混合溶剂中，再将一定量氟化胺和沉淀剂溶解到混合溶液并磁力搅拌直至充分溶解，然后转移到反应釜中进行水热反应即可得到前驱体。将所得的前驱体和一定量碳酸锂充分混合后高温煅烧可得到镍锰酸锂产物。实验结果表明，采用此种方法得到的镍锰酸锂是由米状纳米颗粒二次组装而成的微米球，粒径为为～5μm，并且在2C倍率下，经过200次循环后，所得到的样品的放电容量为140mAh gsupgt;‑1/supgt;，容量保持率为95.2％。本发明制备的分等级结构镍锰酸锂正极材料具有较高比容量和较好循环稳定性。本发明制备工艺简单，成本低廉，重现性好，适宜于规模化生产。

技术领域

本发明涉及微纳组装分等级材料的制备领域，具体而言，涉及一种新型分等级结构镍锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

随着移动电子设备，电动汽车和其他大功率设备的发展，人们对于高能量密度，高电压和高循环稳定性的锂离子电池(LIBs)的需要迫在眉睫。镍锰酸锂以其高操作电压高理论容量和环境友好性的特点引起了人们的关注，并且被认为是在高电压锂离子电池领域最有前途的正极材料。

合成镍锰酸锂正极材料的方法有很多，例如固相反应法，共沉淀法，溶胶-凝胶法，熔融盐法，微波辅助法等。研究表明，不同的合成方法对产物的形貌和纯度有很大的影响，这可能会进一步影响电池的电化学性能。与其他传统方法相比，值得强调的是，水热法容易选择性地控制形貌和粒径。在各种形貌中，具有微纳组装分等级结构的材料得到了更多的关注，原因是它们拥有纳米和微米材料的优势。一方面，纳米材料可以缩短锂离子的扩散路径进而电池的比容量，另一方面，采用微米尺寸的材料，可以有效地降低边缘效应并且导致更高的振实密度进而提高电池的循环稳定性，对增加电池的能量密度也有一定的意义。

在此基础上，我们提出了使用混合溶剂通过水热法合成一种新型分等级结构的镍锰酸锂正极材料，并且研究了镍锰酸锂的结构和电化学性能。结果表明，合成的镍锰酸锂产物具有较稳定的结构，较好的循环稳定性和较高的比容量。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种合成新型分等级结构镍锰酸锂正极材料的方法。该方法所用试剂较为普通，无毒无害，制备方法简单，易实现；该方法制备的镍锰酸锂具有均匀的尺寸，作为电池材料时可提高电池的循环稳定性并且有较好的容量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种新型分等级结构镍锰酸锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍源和锰源溶解在去离子水中，并磁力搅拌均匀，在磁力搅拌作用下将氟化胺加入上述溶液中。将乙二醇加入溶液A中，在磁力搅拌混合均匀后将一定量的沉淀剂加入上述溶液中。将溶液B转移到水热反应釜中进行水热反应，待反应釜自然冷却后，将产物收集并用二次水和乙醇洗涤，后干燥，得到前驱体。

(2)将前驱体和一定量碳酸锂充分混合后高温煅烧可得到镍锰酸锂产物。

在上述技术方案的基础上，步骤(1)中镍源和锰源的摩尔比为1∶3，摩尔量分别为5和 15毫摩尔。氟化胺的摩尔量为5毫摩尔，去离子水的体积为35毫升，磁力搅拌时间为20分钟。

在上述技术方案的基础上，步骤(1)中乙二醇的加入量为35毫升，沉淀剂的加入量为 25毫摩尔。

在上述技术方案的基础上，步骤(1)中水热反应的温度为140摄氏度，反应时间为20 个小时，升温速率为5℃/min。

在上述技术方案的基础上，步骤(2)中碳酸锂的量为10.5毫摩尔，高温煅烧条件为先在350摄氏度下煅烧2小时再在750摄氏度下煅烧4个小时，升温速率为5℃/min。

在上述技术方案的基础上，所选的镍源为六水合硝酸镍。