一种纳微结构的高倍率富锂锰基正极材料及其制备方法，属于材料合成技术领域。所述正极材料的化学式为aLi2MnO3·(1-a)LiMO2，其中0.3≤a＜1，M＝NixCoyMn1-x-y，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5。制备方法为：一、称取锰盐、表面活性剂与氯酸钠均匀混合，进行水热反应得到由二氧化锰纳米棒自组装形成的辐射状空心纳微结构；二、将步骤一得到的纳微结构的二氧化锰与锂盐、钴盐与镍盐均匀混合得到前驱体；三、将前驱体高温煅烧，得到具有纳微结构的富锂锰基正极材料。本发明专利技术通过利用具有纳微结构中纳米结构本征载流子扩散路径短的优点，可有效提高材料的倍率容量，同时也可利用微米结构表面能低不易团聚、化学稳定性高等特性，保持材料的循环性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于材料合成
。所述正极材料的化学式为aLi2MnO3·(1-a)LiMO2，其中0.3≤a＜1，M＝NixCoyMn1-x-y，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5。制备方法为：一、称取锰盐、表面活性剂与氯酸钠均匀混合，进行水热反应得到由二氧化锰纳米棒自组装形成的辐射状空心纳微结构；二、将步骤一得到的纳微结构的二氧化锰与锂盐、钴盐与镍盐均匀混合得到前驱体；三、将前驱体高温煅烧，得到具有纳微结构的富锂锰基正极材料。本专利技术通过利用具有纳微结构中纳米结构本征载流子扩散路径短的优点，可有效提高材料的倍率容量，同时也可利用微米结构表面能低不易团聚、化学稳定性高等特性，保持材料的循环性能。【专利说明】
本专利技术属于材料合成
，涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，尤 其涉及。
技术介绍
锂离子电池是目前二次电池体系中能量密度最高的电池体系，具有无记忆效应、 工作电压高、自放电率小等显著优点，其在便携式电子设备领域已得到广泛应用，同时在电 动汽车和储能电站等领域也已展现出巨大的应用前景。 对于现有的正极材料，LiC〇02由于深度充电时对电解质的强氧化作用及过度脱锂 对自身结构的破坏，其实际可用容量只有理论容量的一半左右。以Μη和/或Ni替代LiC 〇02 中的Co (典型的如LiNi1/3C〇1/3Mn1/302和LiNi 1/2Mn1/202)虽然降低了材料成本和毒性，明显提 高了材料的安全性，但这些层状结构材料的实际比容量（一般小于180mAh/g)没有大的突 破；尖晶石结构正极材料LiMn 204和聚阴离子正极材料（典型的如橄榄石结构的LiFeP04) 的理论比容量也分别只有148mAh/g和170mAh/g，远不能满足高比能锂离子电池对正极材 料的性能要求。因此，正极材料成为锂离子电池性能进一步提高的瓶颈。与上述几种正极 材料相比，层状富锂锰基材料的理论容量可超过250mAh/g，将成为下一代锂离子电池的重 要候选正极材料之一。但是富锂锰基正极材料电导率偏低，大电流放电以及高倍率性能差， 循环过程中容量衰减快，这些缺点已成为限制富锂锰基正极材料应用的技术瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。通 过利用具有纳微结构中纳米结构本征载流子扩散路径短的优点，可有效提高材料的倍率容 量，同时也可利用微米结构表面能低不易团聚、化学稳定性高等特性，保持材料的循环性 能。 -种纳微结构的高倍率富锂锰基正极材料，化学式为aLi2Mn03 · (1-a)LiM02，其中 0. 3<a< 1，M = NixCOyMr^-x-y，0<x<0. 5,0<y<0. 5。 上述纳微结构的高倍率富锂锰基正极材料的制备方法，采用水热法制备了纳米棒 自组装形成的辐射状空心纳微结构的富锂锰基正极材料，具体制备方法如下： -、按摩尔比1 : 1?1. 5 : 3?5称取锰盐、表面活性剂与氯酸钠，用适量去离 子水搅拌溶解至澄清，将混合溶液转入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，将其置于150? 200°C的烘箱中，控制反应时间为10?16h，待反应釜自然冷却至室温，过滤，得到黑色沉 淀，用去离子水与乙醇反复清洗至pH为6?8,放置于80?120°C的烘箱中干燥24?48h， 得到黑色粉末二氧化锰A，其具有由纳米棒自组装形成的辐射状空心纳微结构； 二、将锂盐、镍盐、钴盐与步骤一得到具有纳微结构的二氧化锰A均匀混合，得到 前驱体B ; 三、将前驱体B放入马弗炉空气气氛中，以1?5°C /min升温速率从室温升至 300?500°C预烧3?8h，再以相同升温速率升温至600?900°C煅烧6?15h，得到具有纳 微结构的富锂锰基正极材料。 上述制备方法中，所述锰盐化合物为硫酸锰、乙酸锰、草酸锰或硝酸锰中的一种或 多种的混合物。 上述制备方法中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基三甲基溴化铵、 十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种。 上述制备方法中，所述锂盐化合物为氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂、乙醇锂、甲酸锂、 碳酸锂中的一种或多种的混合物。 上述制备方法中，所述镍盐化合物为硫酸镍、乙酸镍、草酸镍或硝酸镍中的一种或 多种的混合物。 上述制备方法中，所述钴盐化合物为硫酸钴、乙酸钴、草酸钴或硝酸钴中的一种或 多种的混合物。 上述制备方法中，所述混合方式为液相混合或固相混合。 上述制备方法中，所述煅烧气氛为空气。 上述制备方法中，所述二氧化锰具有由直径200?400nm的纳米棒自组装形成的 直径为10?20 μ m辐射状空心纳微结构。 上述制备方法中，所述富锂锰基正极材料具有由直径200?400nm的纳米棒自组 装形成的直径为10?20 μ m福射状空心纳微结构。 本专利技术具有如下有益效果： (1)采用本方法制备合成的富锂锰基正极材料具有特殊的、由直径200?400nm的 纳米棒自组装形成的直径为10?20 μ m福射状空心纳微结构。 (2)通过利用该富锂锰基正极材料特殊纳微结构中纳米结构本征载流子扩散路径 短的优点，可有效提高材料的倍率容量，同时也可利用微米结构表面能低不易团聚、化学稳 定性高等特性，保持材料的循环性能， (3)本专利技术工艺简单、性能提升明显可靠，制备的富锂锰基正极材料具有较高的倍 率容量与优异的循环性能。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术制备的具有纳微结构的二氧化锰的放大倍数为3000的SEM图。 图2是本专利技术制备的具有纳微结构的二氧化锰的放大倍数为10000的SEM图。 图3是本专利技术制备的具有纳微结构的富锂锰基正极材料的放大倍数为10000的 SEM 图。 图4是本专利技术实施例1制备的具有纳微结构的富锂锰基正极材料的XRD图。 图5是本专利技术实施例1制备的具有纳微结构的富锂锰基正极材料扣电的倍率性能 曲线。 图6是本专利技术实施例1制备的具有纳微结构的富锂锰基正极材料扣电的循环性能 曲线。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本 专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖 在本专利技术的保护范围中。 实施例1 : 按摩尔比1 : 1. 1 : 3称取硫酸锰、聚乙烯吡咯烷酮与氯酸钠，用适量去离子水 搅拌溶解至澄清，将混合溶液转入内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，将其置于180°C的烘箱 中，控制反应时间为12h，待反应釜自然冷却至室温，过滤，得到黑色沉淀，用去离子水与乙 醇反复清洗至pH为7,放置于110°C的烘箱中干燥48h，得到得黑色二氧化锰粉末具有由纳 米棒自组装形成的辐射状空心纳微结构，如图1、2所示； 按摩尔比Li : Ni : Μη = 1.2 : 0.2 : 0.6称取氢氧化锂、乙酸镍、二氧化锰，并 在去离子水与乙醇混合溶液中均匀混合；以2°C /min升温速率从室温升至500°C，预烧5h， 再以相同升温速率升至750°C，煅烧10h，得到具有纳微结构的富锂锰基正极材料，化学式 为 0· 5Li2Mn03 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳微结构的高倍率富锂锰基正极材料，其特征在于所述正极材料的化学式为aLi2MnO3·(1‑a)LiMO2，其中0.3≤a＜1，M＝NixCoyMn1‑x‑y，0≤x≤0.5，0≤y≤0.5。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王振波，玉富达，刘宝生，张音，薛原，顾大明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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