一种核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料及其制备方法，属于材料合成技术领域。本发明专利技术制备的锂离子复合正极材料以层状富锂锰基Li[Lia(NixCoyMnz)1-a]O2为内核材料，以尖晶石镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4为壳层材料；采用共沉淀的方法获得核壳前驱体，利用核壳前驱体与锂源进行均匀混合、煅烧，得到核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料。本发明专利技术分别以层状富锂锰基与尖晶石镍锰酸锂为内核与壳层材料，可在不牺牲材料克容量的前提下，提高材料结构稳定性，改善材料循环、倍率与安全性能，实现了内核材料与壳层材料的功能复合与互补，解决了大容量与高安全性不可兼得的难题。本发明专利技术工艺简单、性能提升明显可靠。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于材料合成
。本专利技术制备的锂离子复合正极材料以层状富锂锰基LiO2为内核材料，以尖晶石镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4为壳层材料；采用共沉淀的方法获得核壳前驱体，利用核壳前驱体与锂源进行均匀混合、煅烧，得到核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料。本专利技术分别以层状富锂锰基与尖晶石镍锰酸锂为内核与壳层材料，可在不牺牲材料克容量的前提下，提高材料结构稳定性，改善材料循环、倍率与安全性能，实现了内核材料与壳层材料的功能复合与互补，解决了大容量与高安全性不可兼得的难题。本专利技术工艺简单、性能提升明显可靠。【专利说明】-种核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极 材料及其制备方法
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
锂离子电池因具有无记忆效应、工作电压高、自放电率小等显著优点而成为便携 式电子设备的理想电源，其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。同 时，当前锂离子电池的迅速发展对电池材料在能量密度及安全性等方面提出了更高要求。 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。LiNi 1/3C〇1/3Mn1/302和 LiNi1/2Mn1/202等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 料的实际比容量没有大的突破；三维隧道结构尖晶石正极材料LiMn 204、LiNiuMnuC^和聚 阴离子正极材料虽具有较高的安全性能，但这些材料的理论比容量也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一种核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材 料及其制备方法，解决了大容量与高安全性不可兼得的难题。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： -种核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料，以层状富锂锰基 为内核材料，尖晶石镍锰酸锂为壳层材料，采用共沉淀的方法获得核壳前驱体，利用核壳前 驱体与锂源进行均匀混合、煅烧，得到核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极 材料。具体制备步骤如下： -、分别称取镍源化合物、钴源化合物、锰源化合物，并溶于去离子水中混合均匀， 采用共沉淀的方法将沉淀剂氢氧化钠或碳酸钠和一定量络合剂氨水逐滴加入其中，控制金 属盐与沉淀剂摩尔比为1 : 1，同时金属盐与氨水摩尔比为1 : 0.5?0.8,反应的pH值在 8?12之间，50?60°C反应3?20h，并以速度为500?1000转/分钟不断搅拌，得到富 锂锰基材料前驱体母液A ; 二、按摩尔比0.25 : 0.75称取镍源化合物、锰源化合物，并溶于去离子水中混合 均匀，将其逐滴加入步骤一得到的富锂锰基材料前驱体母液A中，采用共沉淀的方法将沉 淀剂氢氧化钠或碳酸钠和一定量络合剂氨水逐滴加入其中，控制金属盐与沉淀剂摩尔比为 1 : 1，同时金属盐与氨水摩尔比为1 : 0.5?0.8,反应的pH值在8?12之间，50?60°C 反应3?20h，并以速度为500?1000转/分钟不断搅拌，得到核壳结构的尖晶石镍锰酸 锂、层状富锂锰基复合前驱体B ; 三、将锂源与步骤二得到前驱体B均匀混合，再将其放入马弗炉空气气氛中，以 5?10°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，得到核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料。 本专利技术中，所述内核层状富锂锰基材料前驱体化学式为（Ni xC〇yMnz) (0!1)2或 (附!￡。〇^112)(1)3，其中叉+7+2=1，叉<2,7<2,0<叉<2,0<：7<2,2<1。 本专利技术中，所述壳层尖晶石镍锰酸锂材料前驱体化学式为（Nia25Mna75) (0!1)2或 (Ni〇. 25此0. 75) C〇3。 本专利技术中，所述内核层状富锂锰基正极材料化学式为Li [Lia (NixC0yMnz) 02，其 中 0 < a，x+y+z = l，0<x<z，0<y<z，z<l。 本专利技术中，所述壳层尖晶石镍锰酸锂正极材料化学式为LiNia 5Mni. 504。 本专利技术中，所述内核层状富锂锰基正极材料的粒径为5-20 μ m，壳层尖晶石镍锰酸 锂正极材料的厚度为〇. 5-2 μ m。 本专利技术中，所述锂源为氢氧化锂、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。 本专利技术中，所述镍源化合物为硫酸镍、乙酸镍、草酸镍或硝酸镍中的一种或多种的 混合物。 本专利技术中，所述钴源化合物为硫酸钴、乙酸钴、草酸钴或硝酸钴中的一种或多种的 混合物。 本专利技术中，所述锰源化合物为硫酸锰、乙酸锰、草酸锰或硝酸锰中的一种或多种的 混合物。 本专利技术中，所述混合方式为液相混合或固相混合。 本专利技术中，所述煅烧气氛为空气。 本专利技术具有如下有益效果： (1)采用本方法制备合成的核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极 材料分别以高比容量的层状富锂锰基与高稳定性的尖晶石镍锰酸锂为内核与壳层材料，可 在不牺牲材料克容量的前提下，提高材料结构稳定性，改善材料循环、倍率与安全性能，实 现了内核材料与壳层材料的功能复合与互补，解决了大容量与高安全性不可兼得的难题。 (2)本专利技术工艺简单、性能提升明显可靠，制备的复合正极材料具有较大的比容量 与优异的倍率、循环性能。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术制备的核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料的 放大倍数为1000的SEM图。 图2是本专利技术制备的核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料的 放大倍数为10000的SEM图。 图3是本专利技术制备的核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料的 放大倍数为20000的SEM图。 图4是本专利技术实施例1制备的核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正 极材料的XRD图。 图5是本专利技术实施例1制备的核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正 极材料扣电的循环充放电曲线。 图6是本专利技术实施例1制备的核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正 极材料扣电的倍率性能曲线。 图7是本专利技术实施例1制备的核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正 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，均应涵盖本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种核壳结构的尖晶石镍锰酸锂、层状富锂锰基复合正极材料，其特征在于所述复合正极材料为核壳结构，以层状富锂锰基正极材料Li[Lia(NixCoyMnz)1‑a]O2为内核材料，尖晶石镍锰酸锂正极材料LiNi0.5Mn1.5O4为壳层材料，其中0＜a，x+y+z＝1，0≤x＜z，0≤y＜z，z＜1。
【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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