一种锰基正极材料的处理方法技术

本发明专利技术公开一种锰基正极材料的处理方法，包括：一，采用酸性物质将分散溶剂pH调至1-5，将对氢标准电极电位为1.3V以上的电对氧化态物质的氧化剂加入其中，充分溶解，配成浓度为0.02-0.1mol/L的溶液，在溶液中加入锰基正极材料，氧化剂与锰基正极材料摩尔数之比为1∶100-15∶100，充分分散；二，待上述溶液分散均匀后，在30-200℃下，恒温反应20-100h；三，所述反应结束后，将得到的物质抽滤，洗净，干燥，然后将干燥的锰基正极材料在空气或惰性气体环境温度为200-1000℃下烧结2-15h；冷却到常温后取出，研磨后得产品。本发明专利技术处理过程简单，得到表面均匀改性，电化学性能较大改善的产品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学储能
，尤其是指。
技术介绍
锂离子电池的性能在很大程度上取决于正极材料，LiCoO 2是目前应用最广泛、最成熟的商品化锂离子电池的正极材料，其具有O-NaFeO2型岩盐的层状结构，Li+能够在层间发生嵌入/脱出反应。然而，由于安全问题，LiCoO2主要应用于小型便携设备的电池。锂离子电池是目前应用最广泛、最成熟的商品化电池，其中锰基正极材料，包括尖晶石LiMn2O4,面向于不同应用需要的三元材料LiNixCoyMnzO2,包括333，442，523和811等多种形态，均是基于Mn元素的储量丰富，价格便宜，以及环境友好而得到广泛应用。但目前所合成材料的性能普遍不够理想，特别是倍率性能较差，在较大电流下不能体现出高容量的优势，且随着充放电进行，结构不稳和副反应等原因，造成容量衰减。目前一般采用包覆氧化物或者氟化物，以及元素掺杂等达到改善倍率性能和循环稳定性的目的。两种技术都能在一定程度上改善材料的电化学性能，但是应用过程相对复杂，难以控制，难以获得较好的一致性；另外也造成材料处理或者合成过程复杂，成本升高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，其处理过程简单，得到表面均匀改性，电化学性能较大改善的产品。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为: 一种猛基正极材料的处理方法，包括: 一，采用酸性物质将分散溶剂PH调至1-5，将对氢标准电极电位为1.3V以上的电对氧化态物质的氧化剂加入其中，充分溶解，配成浓度为0.02-0.lmol/L的溶液，在溶液中加入锰基正极材料，氧化剂与锰基正极材料摩尔数之比为1:100-15:100，充分分散； 二，待上述溶液分散均匀后，在30-20(TC下，恒温反应20-100h ； 三，所述反应结束后，将得到的物质抽滤，洗净，干燥，然后将干燥的正极材料在空气或惰性气体环境温度为200-1000°C下烧结2-15h ;冷却到常温后取出，研磨后得产品。所述锰基正极材料为锰基材料LixMyMnsOz, M为金属元素Mg，Al, Ni, Co, Fe，Cr中的一种或几种，并包含V，Zn，Ti，Zr，Mo，W元素掺杂的情况，1.9≤x/( y+δ )≤0.8，且0.2≤δ≤I或0.4≤x/(y+S)≤0.6，且I≤δ≤2)，如系列层状富锂锰基材料，尖晶石LiNia5Mnh5O4及其同类掺杂材料。所述酸性物质为强酸弱碱盐、有机酸以及无机酸。所述氧化剂为过硫酸盐，双氧水，氯气及高锰酸钾。所述锰基正极材料的处理过程采用恒温的封闭体系或开放体系，包括密闭水热釜或者开放反应容器。所述分散溶剂为澄清自来水，超纯水，二次水，三次水和去离子水。所述锰基正极材料的热处理过程在氧气气氛，空气气氛或者惰性保护气氛中进行。所述热处理过程进行一次烧结或程序升温，在200-1000°C之间，进行退火处理。采用上述方案后，本专利技术的处理方法是对材料的改性过程，是一种表面腐蚀，表面腐蚀使得部分元素和成分流失，热处理之后，在材料表面形成一层均匀的异质表面层，该均匀异质层的复合结构不仅能提供高速的锂离子嵌入脱出通道，并且能稳定的保持在材料颗粒表面，有效的抑制富锂材料与电解液的副反应过程；而且，该改性过程不改变材料的颗粒尺寸和分布，有利于获得高加工性能并具有优异电化学性能的含锰正极材料，该方法获得的产品大大提高了材料的倍率性能和大电流下的循环稳定性，且其处理过程较为简单，较低成本。【附图说明】图1是采用本专利技术处理方法不同处理程度和未处理材料的XRD谱图； 图2是未处理富锂锰基材料不同电流下放电曲线； 图3是处理后富锂锰基材料不同电流下放电曲线； 图4是未处理和处理后富锂锰基材料IC下循环曲线； 图5是未处理和处理后尖晶石材料在IC下的充放电曲线。【具体实施方式】以下结合附图及具体实施例对本专利技术做详细描述。本专利技术揭示，包括: 一，采用酸性物质将分散溶剂PH调至1-5，将对氢标准电极电位为1.3V以上的电对氧化态物质的氧化剂加入其中，充分溶解，配成浓度为0.02-0.lmol/L的溶液，在溶液中加入锰基正极材料，氧化剂与锰基正极材料摩尔数之比为1:100-15:100，充分分散； 二，待上述溶液分散均匀后，在30-20(TC下，恒温反应20-100h ； 三，所述反应结束后，将得到的物质抽滤，洗净，干燥，然后将干燥的正极材料在空气或惰性气体环境温度为200-1000°C下烧结2-15h ;冷却到常温后取出，研磨后得产品。本专利技术的处理方法是对材料的改性过程，是一种表面腐蚀，控制酸性条件，使得一定锂离子脱离材料本体，此外表面腐蚀使得部分元素和成分流失，热处理之后，在材料表面形成一层均匀的异质层，该均匀的异质复合结构不仅能提供高速的锂离子嵌入脱出通道，并且能稳定的保持在材料颗粒表面，有效的抑制锰基材料与电解液的副反应过程；而且，该改性过程不改变材料的颗粒尺寸和分布，有利于获得高加工性能并具有优异电化学性能的锰基正极材料，该方法获得的产品大大提高了材料的倍率性能和大电流下的循环稳定性。为了说明本专利技术处理方法对材料改性的优越效果，对材料进行了各种不同电流密度条件下的充放电测试。在深圳新威新能源有限公司的充放电测试仪上进行恒电流充放电，组装的2016扣式电池在经搁置后，先进行横流充电，然后横流放电，并进行多次循环。大电流下充放电过程，不采用小电流进行化成，也不进行小电流充电和恒压过程。对比未处理材料相同条件下充放电结果，凸显出该处理方法的优越性，如图1至图5所示。实施例一将硝酸镍，醋酸锰和醋酸锂按物质的量之比为0.13:013:0.54的比例溶解在二次水(经过第二次蒸馏过的水)中配置成过渡金属离子总浓度为lmol/L的溶液A。另配置相应于(IA2Niai3C0ai3Mna54O2)比例关系硝酸锂溶液，并加入物质的量2倍于过渡金属离子总和的柠檬酸配置成溶液B。将A置于85°C水浴条件下，逐滴滴加到B溶液到溶液A中，然后将物质的量2.5倍于上述过渡金属离子总和的乙二醇逐滴滴加到上述溶液(A、B混合后的溶液)中，充分搅拌蒸发，最终的棕色凝胶，通过450°C下预烧结5h，然后取粉末球磨，压片，900°C下烧结15h得到用于改性处理的产品前驱体(层状富锂锰基材料)，当然，所述层状富锂锰基材料也可以采用现有的其它方法获得。在15mL溶剂水中，溶解0.117g过硫酸铵，充分搅拌溶解，然后加入1.5g上述合成的层状富锂锰基材料IA2Niai3Coai3Mna54O2材料，超声30min，转入25mL水热反应釜中，65°C水浴条件下，反应40h，并伴以剧烈搅拌，反应结束后对悬浮液进行抽滤，充分水洗，将得到的固体物质在120°C烘箱中干燥过夜，然后将产物置于磁舟中，450°C温度下马弗炉中，空气气氛烧结5h,取出后研磨得产品。实施例二 按计量比Li1.17Ni0.165Co0.165Mn0.502称取镍钴锰的硫酸盐，溶解于二次水中配置成过渡金属离子总浓度lmol/L的溶液A ;配置2mol/L碳酸 钠溶液B，并加入氨水，使得溶液中氨浓度为0.3mol/L，在搅拌和60°C水浴条件下，将溶液A和溶液B并行滴加到反应容器中，控制过程中PH值为8.3-8.5，充分反应后，将产物抽滤水洗，烘干，取一定质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锰基正极材料的处理方法，其特征在于，包括：一，采用酸性物质将分散溶剂PH调至1‑5，将对氢标准电极电位为1.3V以上的电对氧化态物质的氧化剂加入其中，充分溶解，配成浓度为0.02‑0.1mol/L的溶液，在溶液中加入锰基正极材料，氧化剂与锰基正极材料摩尔数之比为1：100‑15：100，充分分散；二，待上述溶液分散均匀后，在30‑200℃下，恒温反应20‑100h；三，所述反应结束后，将得到的物质抽滤，洗净，干燥，然后将干燥的锰基正极材料在空气或惰性气体环境温度为200‑1000℃下烧结2‑15h；冷却到常温后取出，研磨后得产品。

【技术特征摘要】
1.一种锰基正极材料的处理方法，其特征在于，包括: 一，采用酸性物质将分散溶剂PH调至1-5，将对氢标准电极电位为1.3V以上的电对氧化态物质的氧化剂加入其中，充分溶解，配成浓度为0.02-0.lmol/L的溶液，在溶液中加入锰基正极材料，氧化剂与锰基正极材料摩尔数之比为1:100-15:100，充分分散； 二，待上述溶液分散均匀后，在30-20(TC下，恒温反应20-100h ； 三，所述反应结束后，将得到的物质抽滤，洗净，干燥，然后将干燥的锰基正极材料在空气或惰性气体环境温度为200-1000°C下烧结2-15h ;冷却到常温后取出，研磨后得产品。2.如权利要求1所述的一种锰基正极材料的处理方法，其特征在于，所述锰基正极材料为锰基材料LixMyMnδ0Z，M为金属元素Mg，Al，Ni，Co，Fe，Cr中的一种或几种，并包含V，Zn，11，21'，]?0，胃元素掺杂，1.9≤叉/(7+3)≤ 0.8，且 0.2 ≤ δ ≤ I 或 0.4 ≤ x/( y+δ )≤ 0.6，且I≤δ≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：董全峰，杨成，陈嘉嘉，郑明森，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35