一种提高电极材料LNMO性能的方法技术

本发明专利技术属于化学电源所用电极材料领域，具体地说，涉及一种提高高电压电极材料LiNi0.5Mn1.5O4性能的方法。具体方法为：先将锂、硼、磷的化合物混合均匀后得到混合物，再将上述混合物与LiNi0.5Mn1.5O4电极材料或掺杂铬的LiNi0.5Mn1.5O4电极材料混合均匀，然后进行高温烧结，得到表面包覆有Li0.1B0.967PO4的LiNi0.5Mn1.5O4电极材料。在LNMO表面包覆一层LBPO，既能提高大电流性能又能同时提高循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种提高电极材料LNMO性能的方法
本专利技术属于化学电源所用电极材料领域，具体地说，涉及一种提高高电压电极材料LiNia5Mnh5O4性能的方法。
技术介绍
LiNi0.5MnL504 (LNMO)是一种具有高电位的电极材料，其工作电压高达4.7V(vs.Li)，因此，以该种材料作为电极，能输出较高电压，意味着其具有较高的能量密度。长期以来，这种材料的大电流充放电性能和循环性能较差，限制了其在小型电子产品和储能、交通等领域的应用。导致这种材料性能较差的一个原因是其工作电位太高，因而容易受到电解液分子的攻击，引起电解液分解和自身的溶解。为此，Liu等[Chem.Mater.，2009，21，1695 - 1707.]和 Myung 等[Chem.Mater.，2005，17，3695 - 3704.]总结研究了 Al2O3, ZnO, Bi2O3和AlPO4等材料包覆在LNOM表面作为保护膜的影响，发现通过上述包覆体隔离基体和电解液，能有效提高循环性能。但上述包覆体对基体电导率贡献较低，因而没能有效提高基体材料的大电流充放电性能。Liu 等[J.Power Sources,2012,217,400 - 406.]以及 Liu 等[J.Electrochem.Soc.，2010, 157，A1269 - A1273.]通过在LNMO晶格中掺杂铬离子的方法在一定程度上提高了大电流性能和循环性能，但整体而言，LNMO材料的大电流性能和循环性能仍不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:提供一种能够提高LiNitl.5MnL 504 (LNMO)电极材料的大电流充放电性能和循环性能的方法，即在LiNia 5MnL 504 (LNMO)电极材料或掺杂铬的LiNi0.5MnL 504 (Cr-LNM0)电极材料表面包覆一层 LiaiBa 967PO4(LBPO)的方法，具体方法为:先将锂、硼、磷的化合物混合均匀后得到混合物，再将上述混合物与LiNi0.5MnL504电极材料或掺杂铬的LiNia5Mr^5O4电极材料混合均匀，然后进行高温烧结，得到表面包覆有LiaiBa 967PO4的LiNia5Mnh5O4电极材料，其中，锂、硼、磷的化合物混合均匀后得到的混合物与LiNia5Mnh5O4电极材料或掺杂铬的LiNia5Mnh5O4电极材料混合时，重量比为0.2%- 5% ；上述高温烧结是指，在350 - 800摄氏度条件下，烧结I 一 8小时；锂的化合物为碳酸锂、氧化锂、氢氧化锂、偏硼酸锂、硼酸锂、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、硝酸锂、甲酸锂、乙酸锂、草酸锂中的一种或多种的混合物；硼的化合物为硼酸锂、偏硼酸锂、硼酸、偏硼酸、硼酸铵、偏硼酸铵、销酸硼、磷酸硼、草酸硼、双草酸硼酸锂中的一种或多种的混合物；磷的化合物为磷酸、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、磷酸硼、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或多种的混合物。本专利技术的有益效果在于=LiaiBa 967PO4(LBPO)材料具有很高的室温电导率，当包覆在LNMO或Cr-LNMO表面时能提供高速锂离子迁移通道，提高材料的电导率；同时，该材料对电解液稳定，能起到对基体的保护作用，因此在LNMO表面包覆一层LBP0，既能提高大电流性能又能同时提高循环性能。【附图说明】图1是实施例1中包覆LBPO的Cr-LNMO电极材料的扫描电镜图。图2是实施例1中包覆LBPO的Cr-LNMO电极材料，与纯的LNMO电极材料、以及Cr-LNMO电极材料的XRD对比。图3是实施例1中包覆LBPO的Cr-LNMO元素分析图。图4是实施例1中包覆LBPO的Cr-LNMO电极材料的透射电镜图。图5是实施例1中包覆LBPO的Cr-LNMO电极材料，与纯的LNMO电极材料、以及Cr-LNMO电极材料的大倍率性能的对比。【具体实施方式】实施例1本实施例描述了一种以LiNia45CraiMnh45O4为基体电极材料，与LiBO2, H3BO3和NH4H2PO4反应得到LBPO包覆的Cr_LNM0。具体步骤如下:将LiBO2, H3BO3和NH4H2PO4按照L1: B: P = 0.1: 0.967:1的摩尔比混合均匀得到混合物，按照上述混合物与LiNia45CraiMnh45O4的质量比为I%，将两者进一步混合均匀，然后在空气中350°C烧结7小时，得到LBPO包覆的Cr_LNM0。其形貌如附图1所示。该产物与纯的LNMO电极材料、以及Cr-LNMO基体电极材料(本实施例的基体电极材料)的XRD对比如附图2所示。由该图可知，包覆LBPO的Cr-LNMO材料与未包覆LBPO的Cr-LNMO材料，两者XRD相同，均与纯LNMO的XRD有所区别，说明LBPO中的元素成分未进入基体晶格中，而是在基体表面形成包覆层，且LBPO包覆对Cr-LNMO材料的本体结构没有起到任何的破坏作用。附图3是实施例1中包覆LBPO的Cr-LNMO元素分析图，该图表明基体颗粒上包含有P元素，这种元素是LBPO的基本成分之一。附图4揭示了基体材料表面具有包覆层，其厚度大约为5nm。将上述所得LBPO包覆的Cr-LNMO材料与乙炔黑、PVDF按照8:1:1的质量比混合均匀，并涂布于铝箔上作为正极，以金属锂片作为负极，以IM的六氟磷酸锂溶液(溶剂为:碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯按照体积比1:1:1混合而成的混合溶剂)为电解液，组成电池。放电平台为4.7V，循环400周容量保持90%以上。20C和50C倍率下放电容量分别是初始容量的87%和59%。作为对比:分别以纯的LNMO电极材料、以及Cr-LNMO基体电极材料(本实施例的基体电极材料)代替本实施例中制备的“LBP0包覆的Cr-LNMO”，与乙炔黑、PVDF按照8:1:1的质量比混合均匀，并涂布于铝箔上作为正极，以金属锂片作为负极，以IM的六氟磷酸锂溶液(溶剂为:碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯按照体积比1:1:1混合而成的混合溶剂)为电解液，组成电池(制备电池的工艺过程与实施例1相同)，来检测其电性能(实验检测条件与实施例1相同)。具体对比效果如附图5所示。实施例2本实施例描述了一种以LiNia5Mr^5O4为基体，与碳酸锂、氢氧化锂和硼酸锂、磷酸二氢铵反应得到LBPO包覆的LNM0。具体步骤如下:将碳酸锂、氢氧化锂按照质量比1:1的比例混合均匀，然后按照L1:B:P =0.1:0.967:1的摩尔比与硼酸锂和磷酸二氢铵混合均匀，按照0.5%质量比与LiNitl 5Mn15O4进一步混合均匀，在空气中800°C烧结8小时，得到LBPO包覆的LNM0。将上述得到的LBPO包覆的LNMO与乙炔黑、PVDF按照8:1:1的质量比混合均匀，并涂布于铝箔上作为正极，以金属锂片作为负极，以IM的六氟磷酸锂溶液(溶剂为:碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯按照体积比1:1:1混合而成的混合溶剂)为电解液，组成电池。放电平台为4.7V，循环300周容量保持85%以上。20C和50C倍率下放电容量分别是初始容量的80%和52%。实施例3本实施例描述了一种以Cr-LiNia45CrtllMr^45O4为基体，与氧化锂、偏硼酸、磷酸反应得到LBPO包覆 的Cr-LNMO。具体步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在LiNi0.5Mn1.5O4电极材料表面包覆Li0.1B0.967PO4的方法，其特征在于：所述的方法为，先将锂、硼、磷的化合物混合均匀后得到混合物，再将上述混合物与LiNi0.5Mn1.5O4电极材料或掺杂铬的LiNi0.5Mn1.5O4电极材料混合均匀，然后进行高温烧结，得到表面包覆有Li0.1B0.967PO4的LiNi0.5Mn1.5O4电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种在LiNia5MnuO4电极材料表面包覆Lia Pa 967PO4的方法，其特征在于:所述的方法为， 先将锂、硼、磷的化合物混合均匀后得到混合物，再将上述混合物与LiNia5Mr^5O4电极材料或掺杂铬的LiNia5Mr^5O4电极材料混合均匀，然后进行高温烧结，得到表面包覆有LiaiBa 967PO4 的 LiNia5Mnh5O4 电极材料。2.如权利要求1所述的在LiNia5Mr^5O4电极材料表面包覆LiaiBa967PO4的方法，其特征在于:所述的锂、硼、磷的化合物混合均匀后得到的混合物与LiNia5MnuO4电极材料或掺杂铬的LiNia5Mnh5O4电极材料混合时，重量比为0.2% — 5%。3.如权利要求1所述的在LiNia5Mr^5O4电极材料表面包覆LiaiBa967PO4的方法，其特征在于:所述的高温烧结是指，在350 -...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汉平，杨涛，吴欣，周贻森，杨超，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32