本发明专利技术属于电极材料制备领域，具体涉及一种纳米片状三元或富锂锰基固溶体正极材料前驱体的制备方法。该方法将配制成的金属盐溶液、沉淀剂和模板剂混合溶液、模板剂溶液在反应内进行液-液共沉淀反应，得到沉淀物；再对沉淀物进行过滤处理、清洗处理、真空干燥处理，得到所述前驱体。本发明专利技术的纳米片状结构具有比表面积大，反应活性高等优点；该纳米片前驱体所获得的三元或富锂锰基固溶体正极材料电化学性能优异。本发明专利技术的制备方法工艺简单，环境友好，高效节能，产品质量均一，重复性好，所得纳米片易于分散，可规模化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电极材料制备领域，具体涉及纳米片状三元或富锂锰基固溶体正极材料前驱体的制备方法。
技术介绍
三元正极材料也被称为镍钴锰酸锂，化学式可写为Li(NixCoyMnz)O2(x+y+z＝1)，三元复合正极材料中的镍钴锰比例可以根据实际需要调整。三元材料做锂离子电池的正极相对于钴酸锂材料来说具有安全性好，成本低廉，克容量高(>150mAh/g)，工作电压与现有电解液匹配(4.1V)等优点，缺点是放电平台相对钴酸锂和锰酸锂较低。综合考虑上述优缺点以及其压实密度高等特点，三元材料是目前应用最好的，也是产量最大的正极材料。富锂锰基固溶体正极材料具有层状结构，其化学式可写为xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(其中M为过渡金属，0<x<1)，其理论比容量超过300mAh/g，实际可用容量亦大于250mAh/g，是目前所用正极材料实际容量的2倍左右。另外，由于该富锂锰基固溶体正极材料中大量使用Mn元素，与钴酸锂和三元材料相比还具有成本低、安全性好、环境友好等优点。因此富锂锰基正极材料被视为下一代锂离子电池正极材料的理想选择。然而无论是上述的三元正极材料，还是富锂锰基固溶体正极材料，若要充分发挥材料的性能，提高材料的倍率性能，仍需要在材料的合成上进一步优化工艺，比如制备纳米尺度的三元或富锂锰基正极材料。要解决制备纳米级别的三元或富锂锰基固溶体材料，最容易的方式就是制备具有纳米结构的前驱体材料。若以一种容易实现的工艺得到纳米片状的前驱体材料，则在后期的烧结过程中通过工艺控制，可以方便的合成出纳米级别的三元或层状富锂锰基固溶体材料。模板法是一种非常实用的制备纳米材料的方法，所制备的材料具有多种纳米形貌，比如纳米球、纳米棒、纳米片等等。目前三元或富锂锰的前驱体合成是在液相中进行的，非常方便与模板法结合。因而，借助于模板剂制备出纳米
的三元或富锂锰基固溶体的前驱体，进而制备出对应的纳米材料是非常有效的提高材料性能的手段，从而更好的发挥材料的电化学性能。现有技术中，三元或富锂锰的前驱体合成方法很多，但各有不同的优缺点：(1)郅晓科，刘红光等人专利技术了一种锂离子电池用富锂锰基正极材料的制备方法，该方法通过在前驱体合成过程中添加淀粉，进而在后期的烧结工艺中碳化，提高材料的导电性能。但是该方法未将材料进行纳米化处理，所以材料的真实容量难以充分发挥出来(郅晓科，刘红光，叶学海，何爱珍，章甦，时洁，旭阳，一种锂离子电池用富锂锰基正极材料的制备方法，中国专利技术专利申请，申请号：201210357169.3，申请日：2012-09-21，公布号：CN 102881887A)。(2)吴锋，陈实等人专利技术了一种富锂锰基三元复合正极材料的制备方法，该方法通过控制共沉淀的方式获得前驱体，所得前驱体材料的颗粒粒度分布均匀，材料的性能得到了优化，但是该方法所要求的工艺条件复杂，难以在工业生产中实现颗粒粒度的控制(吴锋，陈实，仲云霞，白莹，吴川，包丽颖，吴伯荣,一种富锂锰基三元复合正极材料的制备方法，中国专利技术专利申请，申请号：201210149592.4，申请日：2012-05-14，公布号：CN102655232A)。(3)侯红军，李世江等人专利技术了一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料及其制备方法，该方法通过掺杂、喷雾干燥等方式获得掺杂且球形的富锂锰固溶体材料，材料的性能较好，但是该方法所用的喷雾干燥的工艺难以放大，同样是难以在工业生产中大批量的制备球形富锂锰固溶体材料(侯红军，李世江，罗成果，罗传军，杨华春，李云峰，薛旭金，丁运玲，赵永锋,一种微球层状富锂锰基固溶体正极材料及其制备方法，中国专利技术专利申请，申请号：201210435110.1，申请日：2012-11-02，公布号：CN102916176A)。(4)中国专利申请“长寿命、高容量锂离子电池三元正极材料的制备方法”(申请号：201310711940.7，公布号CN103682316A)中，王振波等人将锂盐与前驱体进行正常烧结合成三元材料，然后进行二次加锂和TiO2进行二次煅烧得到三元正极材料。但是该制备方法中二次煅烧将增加能耗，且二次增加锂盐会增加材料的制备成本。(5)中国专利申请“一种复合多元锂离子电池正极材料及其制备方法”(申请号：201410181128.2，公布号CN103928673A)中，成都赛恩斯特科技有限公
司以镍钴锰酸锂正极材料为核心，包覆一层具有类似结构的过渡金属(或非金属)与锂的氧化物，进而形成由内向外的梯度性掺杂，但是该制备方法所采用的梯度性掺杂方式会大大增加生产工艺的难度，控制材料颗粒的梯度性和均匀性十分困难。(6)中国专利申请“一种复合材料及其制备方法”(申请号：201410457559.7，公布号CN103928673A)中，香港应用科技研究院有限公司采用阳离子型的聚电解质与过渡金属进行复合，然后在水热反应釜中得到可应用于富锂正极材料的层状纳米薄片构成的复合团簇。但是该制备方法所采用的水热反应釜需要高温、高压及较长的制备时间，这会在很大程度上限制其在实际应用中的生产规模。科技文献中关于富锂锰的制备也有很多：(1)Kim等人用离子交换法从相应的含Na的材料中将Na离子置换为Li离子，进而获得了富锂锰固溶体材料。该材料的倍率性能较好，但是该方法所用离子交换工艺所有时间较长，且产量非常有限(Kim D,Kang SH,Balasubramanian M,Johnson CS,High-energy and high-power Li-rich nickel manganese oxide electrode materials.Electrochemistry Communications,2010,12,1618–1621)。(2)国内的孙世刚课题组通过水热反应，得到晶体颗粒定向生长的富锂锰基固溶体材料，该材料也具有优良的倍率性能，但是水热反应需要高温和高压条件(Wei GZ,Lu X,Ke FS,Huang L,Li JT,Wang ZX,Zhou ZY,Sun ZG,Crystal Habit-Tuned Nanoplate Material of Li[Li1/3–2x/3NixMn2/3–x/3]O 2for High-Rate Performance Lithium-Ion Batteries,Adv.Mater.2010,4364,22,4364-4367)。(3)黄云辉课题组首先合成球形的MnCO3前驱体，然后将MnCO3、LiOH和Ni(NO3)2混合烧结得到空心球形富锂锰材料，该材料具有较高的比容量和倍率性能，但是所用合成步骤较多，并且高温条件下烧结并且要求保持材料的空心球结构，所要求的工艺条件苛刻(Jiang Y,Yang Z,Luo W,Hu X,Huang Yunhui,Hollow 0.3Li2MnO3_0.7LiNi0.5Mn0.5O2microspheres as a high-performance cathode material for lithium–ion batteries,Phys.Chem.Chem.Phys.,2013,15,2954—2960)。综本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米片状三元或富锂锰基固溶体正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：金属盐溶液制备步骤：将锰盐、钴盐和镍盐与水混合，溶解得到金属盐溶液；沉淀剂和模板剂混合溶液制备步骤：取沉淀剂、模板剂溶于水中溶解，得到沉淀剂和模板剂混合溶液；前驱体制备步骤：先配制浓度与所述沉淀剂和模板剂混合溶液中的模板剂的浓度相同的模板剂溶液，置于反应器中，再将所述金属盐溶液、沉淀剂和模板剂混合溶液、模板剂溶液泵入反应器内进行液‑液共沉淀反应，得到沉淀物；再对所述沉淀物进行过滤处理，得到过滤后的沉淀物；再对所述过滤后的沉淀物进行清洗处理、真空干燥处理，得到所述前驱体。
【技术特征摘要】
1.一种纳米片状三元或富锂锰基固溶体正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：金属盐溶液制备步骤：将锰盐、钴盐和镍盐与水混合，溶解得到金属盐溶液；沉淀剂和模板剂混合溶液制备步骤：取沉淀剂、模板剂溶于水中溶解，得到沉淀剂和模板剂混合溶液；前驱体制备步骤：先配制浓度与所述沉淀剂和模板剂混合溶液中的模板剂的浓度相同的模板剂溶液，置于反应器中，再将所述金属盐溶液、沉淀剂和模板剂混合溶液、模板剂溶液泵入反应器内进行液-液共沉淀反应，得到沉淀物；再对所述沉淀物进行过滤处理，得到过滤后的沉淀物；再对所述过滤后的沉淀物进行清洗处理、真空干燥处理，得到所述前驱体。2.根据权利要求1所述纳米片状三元或富锂锰基固溶体正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：所述金属盐溶液制备步骤和沉淀剂溶液制备步骤中，所述水为去离子水，或纯度达到去离子水纯度以上的水。3.根据权利要求1或2所述纳米片状三元或富锂锰基固溶体正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：金属盐溶液制备步骤中，所述锰盐为：硝酸锰、乙酸锰、氯化锰和硫酸锰中的一种或多种；所述镍盐为：硝酸镍、乙酸镍、氯化镍和硫酸镍中的一种或多种；所述钴盐为：硝酸钴、乙酸钴、氯化钴和硫酸钴中的一种或多种。4.根据权利要求3所述纳米片状三元或富锂锰基固溶体正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：所述金属盐溶液制备步骤的所述金属盐溶液中，金属阳离子浓度为0.01mol/L～2...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫东伟，李苞，李艳萍，赵海花，曾宏，武英，况春江，周少雄，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。