一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：一)钠钛硼共掺杂镍锰酸锂的制备，二)聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备。本发明专利技术还公开了根据所述聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法制备得到的聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料及利用所述聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料作为正极材料的锂离子电池。本发明专利技术制备得到的聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料与现有技术中的镍锰酸锂正极材料相比，生产成本更加低廉，高温循环稳定性和电化学性能更加优异，循环使用寿命更长。

A polypyrrole nanotube coated lithium nickel manganate cathode material and its preparation method

The invention provides a preparation method of polypyrrole nanotube coated lithium nickel manganate cathode material, including the following steps: 1) preparation of lithium nickel manganate co-doped with sodium, titanium and boron; 2) preparation of polypyrrole nanotube coated lithium nickel manganate cathode material. The invention also discloses a polypyrrole nanotube coated lithium nickel manganate cathode material prepared according to the preparation method of the polypyrrole nanotube coated lithium nickel manganate cathode material and a lithium ion battery using the polypyrrole nanotube coated lithium nickel manganate cathode material as the cathode material. Compared with the lithium nickel manganate cathode material in the prior art, the prepared polypyrrole nanotube coated lithium nickel manganate cathode material has lower production cost, better high temperature cycle stability and electrochemical performance, and longer cycle life.

【技术实现步骤摘要】
一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料及其制备方法
本专利技术涉及镍锰酸锂正极材料
，尤其涉及一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着纯电动汽车和混合电动汽车的迅速发展，高能量、长寿命、低成本的化学电源显得尤为紧迫，锂离子电池以其低自放电率、高比能力量、无记忆效应等优点，从众多化学电源中脱颖而出，被广泛应用于便捷式电子设备和其它高能量设备。在锂离子电池的各个组成部分中，正极材料性能的好坏直接决定着电池整个性能的优劣及循环使用寿命。镍锰酸锂正极材料由于能量密度大，价格低廉，环境友好，资源丰富，电压平台高等优势成为高比能量动力电池首选的正极材料。现有技术中的镍锰酸锂正极材料在充放电过程中，由于较高的电压，电极表面的电解液不停地氧化分解，消耗锂离子，导致有效锂减少，容量衰减严重。另外，高温制备的镍锰酸锂晶体中存在着氧缺陷，为了维持电中性，材料中有大量Mn3+存在，Mn3+易发生歧化反应生成Mn2+，循环过程中存在锰的溶解现象，也会导致材料容量衰减。对材料表面进行修饰是解决上述问题的直接方法，其中，包覆是表面修饰的常见方法，但常见的包覆剂氧化锌、氧化铝、二氧化硅、氟化铝等大多属于半导体或绝缘体，包覆后会降低材料整体的电子导电率，影响材料的倍率性能。除此以外，这些包覆剂虽然阻隔了镍锰酸锂正极材料与电解液的直接接触，但同时存在腐蚀材料表面、增大电阻、降低比容量等问题。因此，寻求更为有效的镍锰酸锂改性方法，来提高镍锰酸锂正极材料高温循环稳定性和电化学性能、延长材料使用寿命，制备得到高性能镍锰酸锂正极材料，对促进锂离子电池的发展具有积极作用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备及反应条件要求不高，原料易得，价格低廉，制备得到的聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料与现有技术中的镍锰酸锂正极材料相比，生产成本更加低廉，高温循环稳定性和电化学性能更加优异，循环使用寿命更长。为达到以上目的，本专利技术提供一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)钠钛硼共掺杂镍锰酸锂的制备：将乙酸锰，锂盐、四硼酸钠、四氯化钛和镍盐溶于水中，混合搅拌2-3h，然后在鼓风干燥箱中100℃-110℃烘干，冷却至室温后球磨，并在800-900℃下煅烧20-30h，煅烧结束后，冷却冷却至室温，取出研磨，过200-400目筛得钠钛硼共掺杂镍锰酸锂；2)聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备：将步骤1)中制备得到的钠钛硼共掺杂镍锰酸锂分散于质量分数为20-30％的对甲苯磺酸铁的乙醇溶液中，悬浮液在5-10℃下搅拌15-20分钟，再加入吡咯，然后机械搅拌反应35-45分钟，最后用乙醇和水反复洗涤离心分离，在烘箱60-70℃下烘4-5小时，经研磨过筛后得到聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料。优选地，步骤1)中所述乙酸锰，锂盐、四硼酸钠、四氯化钛、镍盐、水的质量比为1.47:(1-1.05):0.01:0.02:0.5:(6-10)。较佳地，所述锂盐选自醋酸锂、硝酸锂或氯化锂中的一种或几种。较佳地，所述镍盐选自醋酸镍、硝酸镍或氯化镍中的一种或几种。优选地，步骤2)中所述钠钛硼共掺杂镍锰酸锂、对甲苯磺酸铁的乙醇溶液、吡咯的质量比为5:(20-23):(0.25-0.35)。一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料，采用所述聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法制备得到。一种锂离子电池，采用所述聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料作为正极材料。由于上述技术方案的运用，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术公开的聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，简单易行，对设备及反应条件要求不高，原料易得，价格低廉，适合大规模生产。(2)本专利技术公开的聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料，与现有技术中的镍锰酸锂正极材料相比，生产成本更加低廉，高温循环稳定性和电化学性能更加优异，循环使用寿命更长。(3)本专利技术公开的聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料，引入钠钛硼进行取代，有效遏制了锰的溶解，不降低其电化学性能，有效解决了坍塌、比容量损失等问题，使得正极材料具有较高的能量密度；提高了锂离子系数，从而达到了提高产品倍率性能，表面包覆聚吡咯纳米管阻隔了镍锰酸锂正极材料与电解液的直接接触，且聚吡咯管具有优异的导电性能，不降低其导电性。具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。本专利技术实施例中的原料购于摩贝(上海)生物科技有限公司。实施例1一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)钠钛硼共掺杂镍锰酸锂的制备：将乙酸锰14.7g，醋酸锂10g、四硼酸钠0.1g、四氯化钛0.2g和醋酸镍5g溶于水60g中，混合搅拌2h，然后在鼓风干燥箱中100℃烘干，冷却至室温后球磨，并在800℃下煅烧20h，煅烧结束后，冷却冷却至室温，取出研磨，过200目筛得钠钛硼共掺杂镍锰酸锂；2)聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备：将步骤1)中制备得到的钠钛硼共掺杂镍锰酸锂5g分散于质量分数为20％的对甲苯磺酸铁的乙醇溶液20g中，悬浮液在5℃下搅拌15分钟，再加入吡咯0.25g，然后机械搅拌反应35分钟，最后用乙醇和水反复洗涤离心分离，在烘箱60℃下烘4小时，经研磨过筛后得到聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料。一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料，采用所述聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法制备得到。一种锂离子电池，采用所述聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料作为正极材料。实施例2一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)钠钛硼共掺杂镍锰酸锂的制备：将乙酸锰14.7g，硝酸锂10.1g、四硼酸钠0.1g、四氯化钛0.2g和硝酸镍5g溶于水70g中，混合搅拌2.3h，然后在鼓风干燥箱中103℃烘干，冷却至室温后球磨，并在830℃下煅烧23h，煅烧结束后，冷却冷却至室温，取出研磨，过250目筛得钠钛硼共掺杂镍锰酸锂；2)聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备：将步骤1)中制备得到的钠钛硼共掺杂镍锰酸锂5g分散于质量分数为22％的对甲苯磺酸铁的乙醇溶液21g中，悬浮液在6℃下搅拌17分钟，再加入吡咯0.3g，然后机械搅拌反应38分钟，最后用乙醇和水反复洗涤离心分离，在烘箱64℃下烘4.3小时，经研磨过筛后得到聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料。一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料，采用所述聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法制备得到。一种锂离子电池，采用所述聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料作为正极材料。实施例31)钠钛硼共掺杂镍锰酸锂的制备：将乙酸锰14.7g，氯化锂10.2g、四硼酸钠0.1g、四氯化钛0.2g和氯化镍5g溶于水80g中，混合搅拌2.5h，然后在鼓风干燥箱中105℃烘干，冷却至室温后球磨，并在850℃下煅烧25h，煅烧结束后，冷却冷却至室温，取出研磨，过300目筛得钠钛硼共掺杂镍锰酸锂；2)聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备：将步骤1)中制备得到的钠钛硼共掺杂镍锰酸锂5g分散于质量分数为26％的对甲苯磺酸铁的乙醇溶液22g中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)钠钛硼共掺杂镍锰酸锂的制备：将乙酸锰，锂盐、四硼酸钠、四氯化钛和镍盐溶于水中，混合搅拌2‑3h，然后在鼓风干燥箱中100℃‑110℃烘干，冷却至室温后球磨，并在800‑900℃下煅烧20‑30h，煅烧结束后，冷却冷却至室温，取出研磨，过200‑400目筛得钠钛硼共掺杂镍锰酸锂；2)聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备：将步骤1)中制备得到的钠钛硼共掺杂镍锰酸锂分散于质量分数为20‑30％的对甲苯磺酸铁的乙醇溶液中，悬浮液在5‑10℃下搅拌15‑20分钟，再加入吡咯，然后机械搅拌反应35‑45分钟，最后用乙醇和水反复洗涤离心分离，在烘箱60‑70℃下烘4‑5小时，经研磨过筛后得到聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)钠钛硼共掺杂镍锰酸锂的制备：将乙酸锰，锂盐、四硼酸钠、四氯化钛和镍盐溶于水中，混合搅拌2-3h，然后在鼓风干燥箱中100℃-110℃烘干，冷却至室温后球磨，并在800-900℃下煅烧20-30h，煅烧结束后，冷却冷却至室温，取出研磨，过200-400目筛得钠钛硼共掺杂镍锰酸锂；2)聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备：将步骤1)中制备得到的钠钛硼共掺杂镍锰酸锂分散于质量分数为20-30％的对甲苯磺酸铁的乙醇溶液中，悬浮液在5-10℃下搅拌15-20分钟，再加入吡咯，然后机械搅拌反应35-45分钟，最后用乙醇和水反复洗涤离心分离，在烘箱60-70℃下烘4-5小时，经研磨过筛后得到聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料。2.根据权利要求1所述的聚吡咯纳米管包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佩，吴奎辰，何小毛，肖伶俐，汪晓俊，吴清国，
申请(专利权)人：浙江瓦力新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33