本发明专利技术公开了一种富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3、其制备方法及其应用，属于电化学技术领域。本发明专利技术制备方法包括步骤：1）配制硝酸锰和硝酸镍的混合溶液；2）向混合物中逐渐加入碳酸钠溶液；3）搅拌，得到镍和锰的混合碳酸盐沉淀物；4）分离出混合碳酸盐沉淀物，于105-120℃下干燥20-28小时，然后在空气气氛中，470-530℃下烧结，得到镍和锰的混合氧化物；5）将镍和锰的混合氧化物与氢氧化锂按照质量比1:1.078-1.122均匀混合，然后于850-950℃下，在空气气氛中烧结，得富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3。该正极材料所制备的锂电池放电容量大，循环性能好，倍率性能高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学
，特别涉及一种富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3、其制备方法及其应用。
技术介绍
近年来，随着能源环境问题的日益严重，以及电子产品轻型化的要求，人们对锂离子电池的研究不断深入。目前，锂离子动力电池的正极材料主要采用锰酸锂、磷酸铁锂或多元氧化物正极材料，但是材料克容量低，高温循环稳定性差、储存性能差，还需要继续改进。
技术实现思路
为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3、其制备方法及其应用。本专利技术的技术方案为：一种富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3，由Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素组成，所述Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素的摩尔比为1.87:0.94:0.19:3。所述富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3的制备方法，包括步骤：1）配制硝酸锰和硝酸镍的混合溶液，硝酸锰与硝酸镍的摩尔比为4.9-5.1:1，混合溶液中锰离子和镍离子的总浓度为0.2-0.25mol/L；2）向混合物中逐渐加入碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为0.2-0.25mol/L，所加碳酸溶液中碳酸根的摩尔数与锰离子和镍离子摩尔数总和相等；3）搅拌15-25小时，得到镍和锰的混合碳酸盐沉淀物；4）分离出混合碳酸盐沉淀物，于105-120℃下干燥20-28小时，然后在空气气氛中，470-530℃下烧结4-6小时，得到镍和锰的混合氧化物；5）将镍和锰的混合氧化物与氢氧化锂按照质量比1:1.078-1.122均匀混合，然后于850-950℃下，在空气气氛中烧结11-13小时，得富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3。作为优选方案，步骤1）中，硝酸锰与硝酸镍的摩尔比为5:1。作为优选方案，步骤2）中，碳酸钠溶液的浓度与锰离子和镍离子的总浓度相等。作为优选方案，步骤4）中，空气气氛中，500℃下烧结5小时。作为优选方案，步骤5）中，空气气氛中，900℃下烧结12小时。所述富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3作为锂离子电池正极材料的应用。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供一种作为锂离子电池正极的新材料，即，富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3。该富锂材料制备方法简单，条件温和可控，原材料以锰盐为主，不含钴盐，成本低廉，所得富锂材料结晶好，颗粒均匀，其中少量掺杂的镍元素更是可以有效的活化富锂成分，从而大大提高该材料的充放电容量和电化学性能。采用该富锂材料作为锂离子纽扣电池正极材料时，经过一定次数的电化学活化，其放电容量在25mA/g的电流密度下（0.1C）高达280mAh/g，是目前市面上其它主流正极材料，比如磷酸铁锂，钴酸锂等的1.5到2倍。循环性能良好，从第100次到第200次循环，容量保持率为86%，是目前报道过的同类型产品中循环性能比较突出的。此外，倍率性能也较为优异，在250mA/g的电流密度下（1C），仍然可以得到大于170mAh/g的放电容量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3的XRD图谱；图2为扫描电镜图；其中，a代表镍和锰的混合碳酸盐沉淀物、b代表镍和锰的混合氧化物、c代表Li1.87Mn0.94Ni0.19O3；图3为0.1C下，循环次数与放电比容量（毫安时每克）的关系图；图4为充放电曲线；线上的数字代表循环次数；其中，呈上升趋势的曲线代表充电曲线，呈下降趋势的曲线代表放电曲线；图5为不同循环次数时的电流电压曲线图；图6为不同电流密度下的循环容量图。具体实施方式实施例1一种富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3，由Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素组成，所述Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素的摩尔比为1.87:0.94:0.19:3。所述富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3的制备方法，包括步骤：1）配制硝酸锰和硝酸镍的混合溶液100ml，硝酸锰与硝酸镍的摩尔比为5:1，混合溶液中锰离子和镍离子的总浓度为0.2mol/L；2）向混合物中逐渐加入100ml碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为0.2mol/L；3）搅拌20小时，得到镍和锰的混合碳酸盐沉淀物；4）分离出混合碳酸盐沉淀物，于110℃下干燥24小时，然后在空气气氛中，500℃下烧结5小时，得到镍和锰的混合氧化物；5）将镍和锰的混合氧化物与氢氧化锂按照质量比1:1.1均匀混合，然后于900℃下，在空气气氛中烧结12小时，得富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3。其中，步骤5）中，锂过量，以补充其高温下的挥发。如图1所示，产物Li1.87Mn0.94Ni0.19O3在X光下表现的晶体结构是层状结构，属于空间点群C2/m，单斜晶系。如图2所示，镍和锰的混合碳酸盐沉淀物、镍和锰的混合氧化物以及Li1.87Mn0.94Ni0.19O3均为粉末状样品，微观下颗粒均匀。使用本实施例所得Li1.87Mn0.94Ni0.19O3作为正极材料，制备锂离子纽扣电池，并测试所制锂离子纽扣电池的电学性能。如图3所示，在0.1C倍率下，也就是25毫安每克的电流密度下，第一个循环放电比容量为76毫安时每克；第100个循环，放电比容量是280毫安时每克。如图4所示，在第一次循环的放电过程中，电池的电压在逐渐下降，容量逐渐提高，从0提高到了76毫安时每克，也就是说，在设定的电压区间2到4.8V，这个材料在第一个放电中可以放出76毫安时每克的容量。其他循环次数时的放电情况见图4。如图5所示，各次循环的V-I曲线。曲线上看到的各个峰，其电压值代表电化学反应发生的电压，且这个电化学反应随着循环次数的增加越来越明显。如图6所示，0.5C，也就是125毫安每克的电流密度下，材料进行电化学循环，可以得到220毫安时每克的放电比容量，1C倍率（高倍率），也就是250毫安每克的电流密度下，可以得到180毫安时每克的放电比容量；其他电流密度下的放电容量值见图6。实施例2一种富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3，由Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素组成，所述Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素的摩尔比为1.87:0.94:0.19:3。所述富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3的制备方法，包括步骤：1）配制硝酸锰和硝酸镍的混合溶液100ml，硝酸锰与硝酸镍的摩尔比为4.9:1，混合溶液中锰离子和镍离子的总浓度为0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3，其特征在于：由Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素组成，所述Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素的摩尔比为1.87:0.94:0.19:3。
【技术特征摘要】
1.一种富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3，其特征在于：由Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素组成，所述Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素的摩尔比为1.87:0.94:0.19:3。
2.如权利要求1所述富锂材料Li1.87Mn0.94Ni0.19O3的制备方法，其特征在于，包括步骤：
1）配制硝酸锰和硝酸镍的混合溶液，硝酸锰与硝酸镍的摩尔比为4.9-5.1:1，混合溶液中锰离子和镍离子的总浓度为0.2-0.25mol/L；
2）向混合物中逐渐加入碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的浓度为0.2-0.25mol/L，所加碳酸溶液中碳酸根的摩尔数与锰离子和镍离子摩尔数总和相等；
3）搅拌15-25小时，得到镍和锰的混合碳酸盐沉淀物；
4）分离出混合碳酸盐沉淀物，于105-120℃下干燥20-28小时，然后在空气气氛中，470-530℃下烧结4-6小时，得到镍和锰的混合氧化物；
5）将镍和锰的混合氧化物与氢氧化锂按照...
【专利技术属性】
技术研发人员：王云鹤，左斌，雷军，田占军，
申请(专利权)人：乐陵胜利新能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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