一种复合镍锰酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种复合镍锰酸锂正极材料及其制备方法；包括镍锰酸锂正极材料和包覆在所述镍锰酸锂正极材料表面的导电聚合物，所述镍锰酸锂正极材料的化学式为LiNi0.5Mn1.5O4；本发明专利技术相对于现有镍锰酸锂正极材料，不仅循环稳定性好，而且倍率性能优良、循环过程中电压平稳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及。
技术介绍
现代时代的进步，用电器具不断的小型化、多功能化，相应的对于电池的要求也在不断提高。锂离子电池具有许多优点:电压平台高，比容量高，循环寿命长，自放电低，无记忆效应等，在电动汽车和储能设备上具有巨大的应用前景。目前，高比能量、耐久、高倍率(快速充放电能力)、廉价、安全已成为锂离子电池发展所追求的目标。镍锰酸锂正极材料在现有锂离子正极材料体系中由于拥有较高的比能量而受到人们越来越多的重视。但是其循环稳定性及倍率性能(电导率低)还需进一步提高，以满足其实际应用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的之一在于，针对镍锰酸锂正极材料循环稳定性差、电子电导率低等问题，提出一种使用导电聚合物原位包覆镍锰酸锂正极材料制得新型复合镍锰酸锂正极材料，该复合镍锰酸锂正极材料不仅循环稳定性好、电导率高，而且倍率性能优良。 本专利技术的目的之二在于，提供一种简单易行、易于工业化大规模生产的，所述复合镍锰酸锂正极材料的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案来实现的:一种复合镍锰酸锂正极材料，包括镍锰酸锂正极材料和包覆在所述镍锰酸锂正极材料表面的导电聚合物，所述导电聚合物与镍锰酸锂正极材料的质量比值为0.02~1，所述镍锰酸锂正极材料的化学式为LiNia5Mr^5CV其中，经过实验，导电聚合物与镍锰酸锂正极材料之间的量比，由于导电聚合物形成包覆层包覆在正极材料表面，所以用量不能过少(2% );同时导电聚合物具有嵌/脱锂的特性，也可以作为正极材料使用，其最大量可以达到 100%。较佳地，所述导电聚合物为乙炔、噻吩、吡咯、苯胺、苯撑、苯撑乙烯或双炔。其中，导电聚合物单体主要作为包覆材料主体，能改善包覆层的性能，如提高电子电导率等。文中所述的苯撑，其分子式是C6H6，但结构不同于苯，其不共轭，其中一个C连有两个H，四个碳是双键碳。这样的结构更利于包覆镍锰酸锂材料，并同时改善提高其电导率。其中，所述复合镍锰酸锂正极材料中还包含有掺杂剂，按照摩尔比计算，所述掺杂剂/导电聚合物的值为0.5%~100%。优选盐酸，硫酸，磷酸或十二烷基苯磺酸。对其浓度没有特殊要求，不同浓度均能实现其在本专利技术中作用。所述复合镍锰酸锂正极材料:先将所述镍锰酸锂正极材料均匀分散于溶剂中，混合均匀得到混合液体I，再将导电聚合物和掺杂剂加入到上述混合液体I中，混合均匀，得到混合液体II ;最后将氧化剂加入上述混合液体II中，反应2?48h，过滤、洗涤即得所述复合镍锰酸锂正极材料。较佳地，所述镍锰酸锂正极材料与溶剂的质量比为1:1?100;所述溶剂优选水、乙醇、乙二醇、氮甲基吡咯烷酮溶剂中的一种或几种的混合物。其中，按照摩尔比计算，所述氧化剂/导电聚合物的值为0.5?3 ;所述氧化剂优选(NH4) 2S208、K2Cr207、H202、FeCl3中的一种或几种混合物。较佳地，最后将氧化剂加入上述混合液体II中，于O?5°C下，恒温磁力搅拌2?48h。温度较低，聚合反应发生较慢，有利于均匀的包覆在正极材料表面。该氧化剂的作用是引发聚合物单体的聚合反应，使得聚合物单体聚合成包覆在正极材料表面的高分子聚合物。本专利技术使用导电聚合物原位包覆镍锰酸锂正极材料制得新型复合镍锰酸锂正极材料，其中镍锰酸锂正极材料电导率低，导电聚合物电导率高。通过在镍锰酸锂正极材料表面包覆导电聚合物，提高了材料整体电导率。导电聚合物(如聚苯胺等)在聚合过程中为了提高其导电性，会选用掺杂剂。例如HF也是掺杂剂中的一种，电池在循环过程中产生的HF可以为导电聚合物吸附，一方面减少了 HF对电池体系的危害，另一方面提高了包覆层的电导率。本专利技术使用原位聚合法制得所述复合镍锰酸锂正极材料，该原位聚合是一种把聚合物单体(反应性单体)与氧化剂(催化剂)全部加入溶剂(分散相)中，正极材料(芯材物质)为分散相。由于单体在单一相中是可溶的，而其聚合物在整个体系中是不可溶的，所以聚合反应在分散相芯材上发生。反应开始、单体预聚、预聚体聚合，当预聚体聚合尺寸逐步增大后，沉积在芯材物质的表面。总之，本专利技术的有益效果是:(I)、本专利技术使用原位聚合法在镍锰酸锂正极材料表面原位包覆导电聚合物，可以极大提高镍锰酸锂正极材料的电导率，从而提高其倍率性能。(2)、镍锰酸锂正极材料表面包覆的导电聚合物，不仅可以在镍锰酸锂正极材料表面形成包覆层，有效阻止电解液中的有害物质对镍锰酸锂正极材料的损伤(如HF等)，还能吸收电池循环过程中产生的HF等有害物质，从而提高镍锰酸锂材料的循环稳定性。(3)、镍锰酸锂材料表面原位聚合的导电聚合物具有脱/嵌锂离子的特性，可以提高复合镍锰酸锂材料的比容量。【附图说明】图1为本专利技术与现有技术中镍锰酸锂正材料的比容量对比。具体的实施方式下面结合【具体实施方式】对本专利技术作进一步的详细说明，以助于本领域技术人员理解本专利技术。实施例1一种聚苯胺包覆镍锰酸锂正极材料，先将IOg镍锰酸锂正极材料分散于500mL去离子水中，300w下超声分散10分钟。再将Ig的苯胺单体、ImL盐酸溶液加入分散好的镍锰酸锂正极材料体系中，恒温磁力搅拌，搅拌0.5小时，温度控制在O?5°C。最后，将2.94g (NH4)2S2O8, K2Cr2O7, H2O2, FeCl3 溶于 0.5L 去离子水中制得(NH4)2S2O8, K2Cr2O7, H2O2,FeCl3水溶液，将(NH4) 2S208、K2Cr2O7, H2O2, FeCl3水溶液加入上述混合体系，恒温磁力搅拌4小时，温度控制在O?5°C ;过滤、洗涤，即得到聚苯胺包覆镍锰酸锂正极材料。实施例2一种聚合物包覆镍锰酸锂正极材料，先将50g镍锰酸锂正极材料分散于IOOOmL去离子水中，300w下超声分散10分钟。再将Ig的(0.5g乙炔和0.5g苯撑乙烯)单体、2mL盐酸溶液加入分散好的镍锰酸锂正极材料体系中，恒温磁力搅拌，搅拌0.5小时，温度控制在O?5°C。最后，将0.5gK2Cr207溶于0.5L去离子水中制得K2Cr2O7水溶液，将K2Cr2O7水溶液加入上述混合体系，恒温磁力搅拌48小时，温度控制在O?5°C ;过滤、洗涤，即得到聚合物(乙炔、苯撑乙烯)包覆镍锰酸锂正极材料。实施例3一种聚噻吩包覆镍锰酸锂正极材料，先将IOg镍锰酸锂正极材料分散于IOOOmL去离子水中，300w下超声分散10分钟。再将Ig的噻吩单体、3mL硫酸溶液加入分散好的镍锰酸锂正极材料体系中，恒温磁力搅拌，搅拌0.5小时,温度控制在O?5°C。最后，将2.5gFeCl3溶于0.5L去离子水中制得H2O2水溶液，将FeCl3水溶液加入上述混合体系，恒温磁力搅拌12小时，温度控制在O?5°C ;过滤、洗涤，即得到聚噻吩包覆镍锰酸锂正极材料。实施例4一种聚吡咯包覆镍锰酸锂正极材料，先将4g镍锰酸锂正极材料分散于500mL去离子水中，300w下超声分散10分钟。再将Ig的吡咯单体、5mL十二烷基苯磺酸溶液加入分散好的镍锰酸锂正极材料体系中，恒温磁力搅拌，搅拌0.5小时，温度控制在O?5°C。最后，将0.05L H2O2溶于0.5L去离子水中制得H2O2水溶液，将H2O2水溶液加入上述混合体系，恒温磁力搅拌8小时，温度控制在O?5°C;过滤、洗涤，即得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合镍锰酸锂正极材料，其特征在于，包括镍锰酸锂正极材料和包覆在所述镍锰酸锂正极材料表面的导电聚合物，所述导电聚合物与镍锰酸锂正极材料的质量比值为0.02～1，所述镍锰酸锂正极材料的化学式为LiNi0.5Mn1.5O4。

【技术特征摘要】
1.一种复合镍锰酸锂正极材料，其特征在于，包括镍锰酸锂正极材料和包覆在所述镍锰酸锂正极材料表面的导电聚合物，所述导电聚合物与镍锰酸锂正极材料的质量比值为0.02?I，所述镍锰酸锂正极材料的化学式为LiNia5Mnh5CV2.如权利要求1所述的复合镍锰酸锂正极材料，其特征在于，所述导电聚合物为乙炔、噻吩、吡咯、苯胺、苯撑、苯撑乙烯或双炔。3.如权利要求1所述的复合镍锰酸锂正极材料，其特征在于，所述复合镍锰酸锂正极材料中还包含有掺杂剂，按照摩尔比计算，所述掺杂剂/导电聚合物的值为0.5%?100%。4.如权利要求3所述的复合镍锰酸锂正极材料，其特征在于，所述掺杂剂为盐酸、硫酸、磷酸或十二烷基苯磺酸。5.制备权利要求1-4中任意一项所述复合镍锰酸锂正极材料，其特征在于，具体为: 先将所述镍锰酸锂正极材料均匀分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛文峰，张新河，唐致远，李中延，郑新宇，丁玉茹，汤春微，
申请(专利权)人：东莞市迈科科技有限公司，东莞市迈科新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44