本发明专利技术涉及一种片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料及其制备方法。属锂离子电池和电化学领域。本发明专利技术方法的步骤如下：将锰源加入到有机溶剂中，然后按锂、镍、钴、锰的化学计量比为1.2~1.3：0.13：0.13：0.54依次加入锂源、镍源、钴源，搅拌得到前驱体混合溶液。将PMMA模板浸渍在上述前驱体混合溶液中，常压下浸渍24h。将干燥后的复合物于马弗炉中，低速升温至一定温度，使金属盐前驱体分解完全，然后再升温至750~900℃，恒温8~15h后即得产物。这种片状多孔材料具有较大的比表面积和良好的电解液浸润性，是一种具有潜力的锂离子二次电池正极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，特别涉及一种片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料的制备方法，属于锂离子电池和电化学领域。
技术介绍
锂离子电池由于具有高能量密度、高电压、循环寿命长、自放电小、无污染和无记忆效应等优点，已广泛应用于笔记本电脑、移动电话、小型摄像机等电器设备上。在卫星、电动汽车、航天航空以及空间军事等领域也显示出了良好的应用前景和潜在的经济效益。电极材料直接决定了锂离子电池的性能，一直是国内外锂离子电池界的研究热点。其中，锂离子电池正极材料的研发工作一直处于极为活跃的状态。富锂锰系层状氧化物（zLi2MnO3–(1-z)LiMeO2(Me=Co，Ni，Mn等)）由于其具有高比容量（>230mAh/g）和高电压(>3.5V)等性能，成为锂离子电池一种非常重要的正极材料。近期，Li2MnO3同LiMeO2以不同比例组合的材料以及富锂材料中LiMeO2具有不同化学成分的一系列富锂材料被广泛的研究，被认为是最有潜力来代替商业化LiCoO2的材料。这些材料主要包括Li1.2Ni0.2Mn0.6O2[0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.5Mn0.5O2]和Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2[0.5Li2MnO3·0.5LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2]，材料中Co可以减小材料的极化。Li2MnO3由于其Mn的价态是+4价，一直被公认为是无电化学活性的。但是，当充电电压高于4.5V时，由于Li和O的脱出而导致Li2MnO3被激活，形成可嵌入Li+的MnO2主体结构Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2作为一种可替代锂离子电池正极材料的金属氧化物已得到研究者们的广泛研究，Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的理论比容量高达300mAh/g。但是该材料具有和其他金属氧化物在应用之前还有一些问题需要解决，比如首次充放电效率低和倍率性能差。在合成过程中，为得到较好的电性能和良好的结晶性，经常会使用很高的煅烧温度，导致材料颗粒的增大，增加了锂离子的扩散路径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料及其制备方法。这种特殊的三维多孔结构具有较高的比表面积，可以非常容易的被电解液浸润，从而体现出较高的比容量和倍率循环性能。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料，由许多厚度约30nm，平面尺寸为500~600nm的纳米片组成，这些纳米片交错连接形成开放式的多孔结构。一种用于制备片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料的方法，包括如下步骤：a.制备直径为250±10nm的乳胶球组成聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶体晶体模板；b.混合前驱体：将锰源化合物加入到有机溶剂中，然后按锂、镍、钴、锰的化学计量比为1.2~1.3：0.13：0.13：0.54依次加入锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物，磁力搅拌均匀，得到前驱体混合溶液；c.将PMMA模板浸渍在上述前驱体混合溶液中，常压下浸渍24h；将上述步骤（c）得到干燥后的复合物放入马弗炉中，在空气气氛中以0.5oC/min的升温速度加热至250oC~350oC，保持2~6h，使金属盐前驱体分解完全，然后再以5oC/min的升温速率温至750~900℃，恒温8~15h，得到片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料。上述步骤b中所述的锰源化合物为硝酸锰、硫酸锰、碳酸锰。上述步骤b中所述的溶剂为乙醇、丙酮。上述步骤b中所述的锂源化合物为硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂。上述步骤b中所述的镍源化合物为硝酸镍、硫酸镍、碳酸镍。上述步骤b中所述的钴源化合物为硝酸钴、硫酸钴、碳酸钴。同普通的Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料相比，本专利技术制备的这种片状多孔材料具有如下突出的特点：（1）本专利技术创建了一种采用PMMA胶体制备多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的晶体模板法。通过选择合适的升温速率和预烧温度来控制前驱体和PMMA模板的分解顺序，避免了由于热处理所引起的模板结构坍塌的现象。（2）这种多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料具有较大的比表面积，使得这种交错连接的三维多孔结构具有更好的电解液浸润性，提高了锂离子在电极和电解液之间的迁移和交换速率。（3）与普通的Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料相比，这种片状多孔结构可显著提高了锂离子电池材料的比容量和充放电稳定性，首次放电比容量达到254.8mAh/g，首次库伦效率为73.2%。附图说明图1是实施例1制备的片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料的扫描电镜照片。图2是实施例1制备的片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料的X射线衍射图谱。图3是实施例1制备的片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料在C/10倍率下的首次充放电曲线。图4是实施例1制备的片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2材料在1C倍率下的循环性能图，充放电电压范围为2.0—4.8V。具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术方法。实施例1将17gMMA单体分散在180mL溶有0.01g十二烷基硫酸钠（SDS）的去离子水中，在过硫酸钾加入之前，将MMA水溶液升温至70℃，在升温过程中保持通氮气保护和搅拌。当温度的波动小于1℃后，将10mL溶有0.104g过硫酸钾的水溶液加入到上面的单体溶液中，溶液马上变成乳白色，MMA单体开使发生聚合，在氮气保护下70℃反应4h。反应结束后，将乳白色的溶液在8000r/min下离心5min，去除团聚的大颗粒，然后将单分散的悬浮乳液倒入到培养皿中，在空气中常温过夜干燥，得到PMMA晶体胶体模板。将定量的硝酸锰溶液（≥50%）同10g乙醇（≥99.7%）在100mL烧杯中搅拌5min，然后加入硝酸锂、硝酸镍、硝酸钴，按锂、镍、钴、锰的化学计量比为1.2：0.13：0.13：0.54的比例称取，搅拌直至溶液变透明为止，得到前驱体溶液。然后，将PMMA模板浸渍在前驱体溶液中，使溶液渗透到模板球之间的空隙中，再将其放在干燥的空气中干燥24h得到复合物。最后，将干燥得到的复合物放入马弗炉中，在空气中以0.5oC/min的升温速度加热至250oC，恒温4h，然后再以5oC/min的升温速率升温至900℃，恒温8h。在热处理过程中模板被去除，得到多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2。图1为高温烧结后Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2样品的扫描电镜（SEM）照片，由图可知，所得样品具有本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料，其特征在于，该材料由许多厚度约30 nm，平面尺寸为500~600 nm的纳米片组成，这些纳米片交错连接形成开放式的多孔结构。
【技术特征摘要】
1.一种片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料，其特征在于，该材料由许多厚度约30nm，平面尺寸为500~600nm的纳米片组成，这些纳米片交错连接形成开放式的多孔结构。
2.一种用于制备权利要求1所述的片状多孔Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2正极材料的方法，其特征在于,包括如下步骤：
制备直径为250±10nm的乳胶球组成聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶体晶体模板；
混合前驱体：将锰源化合物加入到有机溶剂中，然后按锂、镍、钴、锰的化学计量比为1.2~1.3：0.13：0.13：0.54依次加入锂源化合物、镍源化合物、钴源化合物，磁力搅拌均匀，得到前驱体混合溶液；锰源化合物为硝酸锰；溶剂为乙醇；锂源化合物为硝酸锂；镍源化合物为硝酸镍；钴源化合物为硝酸钴；
将PMMA模板浸渍在上...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵兵，蒋永，
申请(专利权)人：上海驰源新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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