[发明专利]富锂锰基正极材料及其制备方法和应用

摘要

本发明属于能源储存材料技术领域，具体为一种富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。本发明以富锂锰基层状正极材料Li‑Mn‑Ni‑O体系为研究对象，对比不同组分比例下的电性能，找出综合性能最佳的化合物配比。Li2MnO3/LiMO2（M=Mn,Ni）层状正极材料以其较高的理论比容量，被视为最具竞争力的新一代锂电池正极材料，而Li‑Mn‑Ni‑O体系因造价成本低廉并且无毒性，更易于大规模生产并商业化。本发明通过最优配方比合成出来的正极材料，其晶体结构完整，结构均匀性好，表现出非常出色的电化学性能：在标准0.1C的电流密度下进行充放电，材料的比容量高达270mA•h/g，在该电流下循环50次，容量保持率高达95.1%。该正极材料同时兼具了较高的容量和较好的循环性能，具有广阔的商业应用前景。

主权项

一种富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）用共沉淀法合成前驱物碳酸镍锰微球：首先，将0.53±0.01g硫酸镍和1.01±0.01g硫酸锰超声溶解在40±2mL的去离子水中，得到溶液A；将3.36±0.01g碳酸氢钠溶液超声溶解在40±2mL的去离子水中，配成浓度为1.00±0.01 mol/L的澄清溶液B；利用蠕动泵将A溶液以180±5 mL/h的速率滴加入B溶液中，在23±2℃下进行共沉淀反应，滴加的同时以250±10rpm的转动速率不断搅拌；滴加结束后，在室温下继续反应8~9h；再将反应得到的沉淀物用去离子水和无水乙醇清洗，最后放入真空烘箱，在55‑65℃的条件下干燥10~12h，得到前驱物碳酸镍锰微球；（2）用高温烧结法合成富锂锰基材料：将上一步得到的前驱物与碳酸锂进行混合研磨：称取前驱物0.20±0.01 g，根据正极材料的化学式：xLi2MnO3·(1‑x)LiMO2，取x为0.3~0.5，将其分别加入碳酸锂0.08~0.12g，研磨15~20 min；将研磨混合好的粉末样品转移至陶瓷坩埚中，放入马弗炉内烧结：在460±10℃条件下保温5±0.1h，之后升温到820±10℃条件下保温10±0.1 h；将烧结好的材料用去离子水清洗和无水乙醇清洗，放在60±5℃的真空烘箱中干燥8~9h，研磨，得到富锂锰基层状材料。