本发明专利技术提供了一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料及其制备方法，涉及锂离子电池正极材料领域，该方法包括将锰盐、锂盐与三价金属盐混合经烧结得到所述的富锂锰基层状正极材料。该方法操作简单、成本低，适合规模化生产，利用该方法制备的纳米级富锂锰基层状正极材料具有很好的充放电容量，缓解了现有富锂锰基层状正极材料倍率性能差的技术问题。
Lithium ion battery lithium rich manganese base cathode material and preparation method thereof
The invention provides a lithium-rich manganese base cathode material for lithium-ion batteries and a preparation method thereof, which relates to the field of lithium-ion battery cathode material. The method comprises mixing manganese salt, lithium salt and trivalent metal salt and sintering to obtain the lithium-rich manganese base cathode material. The method is simple in operation, low in cost and suitable for large-scale production. The nano-lithium-rich manganese base cathode material prepared by this method has good charge and discharge capacity, which alleviates the technical problems of poor rate performance of the existing lithium-rich manganese base cathode material.
【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池正极材料领域，尤其是涉及一种富锂锰基层状正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。锂离子电池的整体性能主要取决于正极材料，常用的动力型正极材料为磷酸铁锂和锰酸锂，然而磷酸铁锂动力电池能量密度仅为90Wh/kg左右，锰酸锂动力电池约为140Wh/kg。作为锂离子动力电池用电极材料，高比容量的富锂锰基正极材料成为正极材料研究的热点，有望使动力锂电池的能量密度突破250Wh/kg。富锂锰基层状正极材料在充放电过程中表现出较好的循环稳定性,但层状富锂锰基层状正极材料存在倍率性能差的问题,1C容量的放电容量小于200mAh/g。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种富锂锰基层状正极材料，以缓解现有技术中富锂锰基层状正极材料倍率性能差的技术问题。本专利技术的第二目的在于提供一种富锂锰基层状正极材料的制备方法，该方法操作简单、成本低，适合规模化生产。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料，所述富锂锰基正极材料的化学式为：xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，M＝镍，钴，锰，铬，铁和铝中的一种或几种，0.1≤x≤0.9；所述富锂锰基正极材料为纳米颗粒。进一步地，0.2≤x≤0.7。进一步地，所述纳米颗粒的粒径为20-200nm。一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料的制备方法，将锰盐、锂盐与三价金属盐混合经烧结得到所述的富锂锰基层状正极材料。进一步地，所述三价金属盐包括镍盐、钴盐、铬盐、铁盐或铝盐中的任一种或至少两种的组合。进一步地，将锰盐、锂盐与三价金属盐溶解于分散剂中得到金属盐溶液，将所述金属盐溶液烘干烧结后得到所述的富锂锰基层状正极材料；优选地，所述分散剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和丙酮中任一种或至少两种的组合。进一步地，在所述金属盐溶液中添加PVP、PVA、聚醚、聚酯或聚乙烯醇中的任一种或至少两种的组合。进一步地，所述烧结温度为750-850℃。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种富锂锰基层状正极材料，具有热稳定性良好、充放电电压窗口宽、成本低等优点。该富锂锰基层状正极材料为纳米级颗粒，纳米级富锂锰基层状正极材料中的锂离子扩散路径较短，提高电极与电解液的有效接触面积进而提高正极材料的倍率性能。本专利技术提供了一种富锂锰基层状正极材料的制备方法，该方法采用将锰盐、锂盐与三价金属盐混合经烧结得到纳米级富锂锰基层状正极材料，该方法操作简单、成本低，适合规模化生产。具体实施方式下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的一个方面提供了一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料，所述富锂锰基正极材料的化学为：xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，M＝镍，钴，锰，铬，铁和铝中的一种或几种，0.1≤x≤0.9；所述富锂锰基正极材料为纳米颗粒。在富锂锰基层状正极材料中，Li2MnO3中的Mn例子处于最高价态+4价，不具有电化学活性，当电池开始充电后，锂离子首先从具有电化学活性的LiMO2中脱出，并伴随着M离子的氧化，在此过程中Li2MnO3不参加反应，起到稳定整体结构的作用。当电池继续充电到4.4V以上时，Li2MnO3转变为具有电化学活性的，锂离子从Li2MnO3中以LiO2的形式脱出。其中，纳米级的富锂锰基层状正极材料中，由于纳米颗粒粒径小，缩短锂离子由正极材料向电解液的扩散路径，并且纳米颗粒堆积成的多孔结构有利于电解液的渗透，同时纳米颗粒暴露的活性面有利于锂离子由正极材料向电解液扩散，因此纳米结构能提高电极与电解液的有效接触面积进而提高材料的倍率性能；纳米颗粒的高结晶性保证了循环过程中结构的稳定性，提高材料循环稳定性。在本专利技术提供的一些实施例中，X典型非限制性的值为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7。X过大或过小都会使富锂锰基层状正极材料的综合电性能下降。在本专利技术提供的一些实施例中，富锂锰基层状正极材料纳米颗粒的粒径典型非限制性的尺寸为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm。本专利技术的另一个方面提供了一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料的制备方法，将锰盐、锂盐与三价金属盐混合经烧结得到所述的富锂锰基层状正极材料。其中，所述锰盐包括氯化锰、硫酸锰、硝酸锰、碳酸锰、醋酸锰、硼酸锰或碳酸锰中的任一种或至少两种的组合。其中，所述锂盐包括氯化锂、硝酸锂或醋酸锂中的任一种或至少两种的组合。在本专利技术提供的一些实施例中，所述三价金属盐包括镍盐、钴盐、铬盐、铁盐或铝盐中的任一种或至少两种的组合。镍盐、钴盐、铬盐、铁盐或铝盐中的镍离子、钴离子、铬离子、铁离子、和铝离子分别与锂离子形成LiNiO2、LiCoO2、LiCrO2、LiFeO2和LiALO2，在锂电池充电后，锂离子首先从具有电化学活性的LiNiO2、LiCoO2、LiCrO2、LiFeO2或LiALO2中脱出，并伴随这Ni、Co、Cr、Fe和AL离子的氧化。在本专利技术提供的一些实施例中，将锰盐、锂盐与三价金属盐溶解于分散剂中得到金属盐溶液，将所述金属盐溶液烘干烧结后得到所述的富锂锰基层状正极材；优选地，所述分散剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和丙酮中任一种或至少两种的组合。采用将将锰盐、锂盐与三价金属盐溶解于分散剂中，经烘干、研磨及烧结后得到纳米级富锂锰基层状正极材料，该方法操作简单、成本低，适合规模化生产。烘干的温度典型非限制性的温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。烘干的目的将金属盐溶液中的分散剂烘干，温度太低不利于分散剂烘干，温度太高会引发其他不稳定因素，且耗费电力。将所述金属盐溶液烘干后进行研磨成粉末，粉末粒径为20-200nm。在本专利技术提供的一些实施例中，在所述金属盐溶液中添加PVP、PVA、聚醚、聚酯或聚乙烯醇中的任一种或至少两种的组合。在所述的金属盐溶液中添加PVP、PVA、聚醚、聚酯或聚乙烯醇中的任一种或至少两种的组合，起到分散剂和粒度调节剂的作用，能够促进富锂锰基晶体形核并起到抑制晶体团聚长大的作用，从而形成均匀细小的颗粒，使得富锂锰基层状正极材料具有更好的层状结构。在本专利技术提供的一些实施例中，所述烧结温度为750-850℃。所述烧结包括首先以2-10℃/min的升温速率升温至400-500℃保温3-8h后，继续以2-10℃/min的升温速率升温至750-850℃保温14-18h。首先以典型非限制性的升温速率为2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min进行升温，当升至典型非限制性的温度为40本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的化学式为：xLi2MnO3·(1‑x)LiMO2，M＝镍，钴，锰，铬，铁和铝中的一种或几种，0.1≤x≤0.9；所述富锂锰基正极材料为纳米颗粒。
【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料，其特征在于，所述富锂锰基正极材料的化学式为：xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，M＝镍，钴，锰，铬，铁和铝中的一种或几种，0.1≤x≤0.9；所述富锂锰基正极材料为纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料，其特征在于，0.2≤x≤0.7。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料，其特征在于，所述纳米颗粒的粒径为20-200nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料的制备方法，其特征在于，将锰盐、锂盐与三价金属盐混合经烧结得到所述的富锂锰基层状正极材料。5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池富锂锰基层状正极材料的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈哲，徐国栋，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：江西,36
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