[发明专利]一种掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法

说明书

本发明公开了一种掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法。本发明包括如下步骤：(1)将乙酸锂、乙酸镍、乙酸锰和乙酸锶溶解于去离子水中，得乙酸盐溶液；(2)将柠檬酸溶于乙二醇中，得柠檬酸乙二醇溶液；(3)向柠檬酸乙二醇溶液中加入乙酸盐溶液，加热搅拌，直到溶液成为绿色凝胶；(4)将绿色凝胶烘干后研磨，在空气氛围下烧结，得到二元镍锰酸锂正极材料。本发明是一个成本较低、操作简单且效益高的合成工艺，具有实现了Sr²⁺掺杂，增强了结构稳定性，抑制材料表面副反应的发生，大大改善其循环性能的优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池硅碳负极材料技术领域，特别是一种掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法。

背景技术

锂离子电池作为一种绿色环保的储能设备广泛应用于电动汽车，混合动力汽车，新能源等方面。正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，在锂离子电池的能量密度和成本等方面起着重要的作用。在不同的正极材料中，二元镍锰酸锂正极材料因其价格低廉、环境友好、电压范围高等优点备被认为是下一代最有前景的正极材料之一。但是，二元镍锰酸锂正极材料存在的一些问题，例如，电压太高没有较好的电解液、电极材料与电解液的表面发生副反应、长循环过程中的结构退化等不可逆问题都会导致电化学性能严重下降，进而限制了其商业化使用。

为了维持二元镍锰酸锂正极材料在充放电过程中活性物质和电解质界面的稳定性，表面包覆和元素掺杂是解决这些问题的有效改性方式。对于表面包覆，只能抑制电解液对活性物质的腐蚀，但并不能从根本上提高材料的结构稳定性。对于元素掺杂，能够改善晶体结构的稳定性、扩大Li⁺扩散通道间距从而提高传输速率，从根本上提高材料的循环稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法。本发明是一个成本较低、操作简单且效益高的合成工艺，具有实现了Sr²⁺掺杂，增强了结构稳定性，抑制材料表面副反应的发生，大大改善其循环性能的优点。

本发明的技术方案：一种掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将乙酸锂、乙酸镍、乙酸锰和乙酸锶溶解于去离子水中，得乙酸盐溶液；

(2)将柠檬酸溶于乙二醇中，得柠檬酸乙二醇溶液；

(3)向柠檬酸乙二醇溶液中加入乙酸盐溶液，加热搅拌，直到溶液成为绿色凝胶；所述

(4)将绿色凝胶烘干后研磨，在空气氛围下烧结，得到二元镍锰酸锂正极材料。

前述的掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法中，所述步骤(1)中，乙酸锂：乙酸镍：乙酸锰：乙酸锶的摩尔比为1.05：0.5：1.5-x:x，0.05≤x≤0.20。其中，该步骤去离子水的用量不需要特殊规定，能够溶解前述物质即可。

前述的掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法中，所述步骤(2)是按摩尔比1:4将柠檬酸溶于乙二醇中，溶解温度为80-90℃，得柠檬酸乙二醇溶液。

前述的掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法中，所述步骤(3)是向柠檬酸乙二醇溶液中加入乙酸盐溶液，加热搅拌约2-3h，直到溶液成为绿色凝胶，加热温度为120-140℃，搅拌转速为150-300r/min。

前述的掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法中，所述步骤(4)中，将绿色凝胶在160-180℃烘干后研磨。研磨无特殊要求，研磨至粉末状即可。

前述的掺杂合成二元镍锰酸锂正极材料的改性方法中，所述步骤(4)中，在空气氛围下烧结是在空气氛围下，以3-5℃/min的升温速率加热至400-500℃，保温5-6h，再以3-5℃/min的升温速率升温至850-900℃，保温10-12h。烧结步骤是为了制镍锰酸锂。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：