富锂锰基固溶体正极材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种富锂锰基固溶体正极材料的制备方法和应用，该制备方法包括将包含Li、Mn、Co和Ni的可溶性金属盐按照摩尔比溶于二次去离子水中，混合成一定浓度的溶液；将聚合物溶于无水乙醇中，制成一定浓度的聚合物溶液；将聚合物溶液与中金属盐溶液混合均匀，转移到注射器中，利用静电纺丝装置制备前驱体；将所得前驱体在氧气环境下进行焙烧，得到富锂锰基固溶体正极材料。本申请提供的上述方案，由于该Li

Preparation and application of lithium rich manganese based solid solution cathode materials

【技术实现步骤摘要】
富锂锰基固溶体正极材料的制备方法和应用
本专利技术涉及锂离子电池正极材料
，具体涉及一种富锂锰基固溶体正极材料的制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着经济的发展，环境问题越来越受到人们的关注。雾霾、温室效应等问题日益突出。造成这些问题的原因，很大程度上来源于汽车尾气的排放。为了减少汽车尾气的排放，人们逐渐将目光转向新能源汽车，新能源汽车的动力主要是锂离子电池。锂离子电池具有比能量高、循环性能好、工作温度范围宽、自放电率低、对环境友好等优点。但是，传统的锂离子电池正极材料满足不了新能源汽车电池高比能量、高比容量的需求。目前，富锂锰基材料以其高的比容量、工作电压等特点，成为极具前景的可实现300Whkg-1高比能量锂离子电池的正极材料体系之一，但是其首周库伦效率低、倍率性能差以及循环性能差等问题严重制约其应用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种富锂锰基固溶体正极材料的制备方法。本专利技术提供了一种富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，包括以下步骤：将包含Li、Mn、Co和Ni的可溶性金属盐按照摩尔比溶于二次去离子水中，混合成一定浓度的溶液；将聚合物溶于无水乙醇中，制成一定浓度的聚合物溶液；将聚合物溶液与中金属盐溶液混合均匀，转移到注射器中，利用静电纺丝装置制备前驱体；将所得前驱体在氧气环境下进行焙烧，得到富锂锰基固溶体正极材料。进一步地，所述可溶性金属盐为乙酸盐、硝酸盐中的一种或两种。进一步地，所述聚合物为聚乙烯吡咯唍酮，且所述聚乙烯吡咯唍酮在无水乙醇中的质量分数为8wt％。进一步地，所述前驱体的浓度为30mmol～50mmol。进一步地，所述前驱体的浓度为30mmol。进一步地，所述焙烧温度为500～900℃，焙烧时间为5～10h。进一步地，所述焙烧温度为800℃，焙烧时间为10h。进一步地，所述富锂锰基固溶体正极材料为Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2。本专利技术还提供了一种根据本申请实施例描述的任何一个权利要求所述方法制备的富锂锰基固溶体正极材料的应用，该正极材料用于锂离子电池体系，所述锂离子电池包括该富锂锰基固溶体(Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2)正极材料、聚丙烯(PP)隔膜、金属锂负极和电解液。依据上述实施例的富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，由于该Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2正极材料的前驱体的浓度为30mmol，因此其样品具有完整的纤维结构，有利于高比容量的发挥；同时由于其在800℃、10h的环境中焙烧而成，因此不但阳离子有序度高，具有良好的结构稳定性，而且有合适的形貌和结晶性，支持材料进行大电流充放电。附图说明图1为本专利技术实施例提供的不同前驱体浓度下合成的富锂锰基固溶体样品的SEM图；图2为本专利技术实施例提供的不同前驱体浓度下合成的富锂锰基固溶体样品的首次充放电图；图3为本专利技术实施例提供的不同前驱体浓度下合成富锂锰基固溶体样品在0.1C(a)和1C(b)的循环性能图；图4为本专利技术实施例提供的不同煅烧温度下合成富锂锰基固溶体样品的SEM图；图5为本专利技术实施例提供的不同煅烧温度下合成的富锂锰基固溶体样品的首次充放电图；图6为本专利技术实施例提供的不同煅烧温度下合成的富锂锰基固溶体样品在0.1C(a)和1C(b)下的循环性能图；图7为本专利技术实施例提供的不同煅烧时间下合成的富锂锰基固溶体样品；图8为本专利技术实施例提供的不同煅烧时间下合成的富锂锰基固溶体样品的首次充放电图；图9为本专利技术实施例提供的不同煅烧时间下合成的富锂锰基固溶体样品在0.1C(a)和1C(b)下的循环性能图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。实施例：一种富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)1.5096g乙酸锂、1.5652g乙酸锰、0.3838g乙酸镍、0.3841g乙酸钴及0.1651g磷酸氢二铵溶于18ml二次去离子水中，得到混合溶液。(2)将0.3gPVP-600溶于15ml无水乙醇中，制成聚合物溶液。(3)将步骤(2)中的聚合物溶液与(1)中混合溶液混合均匀，转移到注射器中，利用静电纺丝装置制备前驱体。(4)将步骤(3)中所得前驱体和0.0324g氟化锂混合均匀，在氧气环境下进行焙烧，焙烧温度为800℃，焙烧时间为10h，得到富锂锰基固溶体正极材料Li1.2Mn0.54Co0.13Ni0.13O2。如图1所示，图1中的a和b两图的前驱体浓度为10mmol；c和d两图的前驱体浓度为20mmol；e和f两图的前驱体浓度为30mmol；h和g两图的前驱体浓度为40mmol；i和j两图的前驱体浓度为50mmol；由图1可以看出，改变前驱体浓度对于产物的形貌的影响很大，虽然在微观下所有样品均是由纳米颗粒堆积而成的，当前驱体浓度为10mmol时，样品的整体形貌是宽约2μm的带状；随着浓度增加，带状结构趋于闭合，当浓度为30mmol时，样品基本形成空心管状，直径不到2μm，相互交错；当浓度增加到50mmol时，样品不再是管状，而形成叠加着的褶皱状。另外，随着浓度增加，样品的一次颗粒尺寸逐渐变大，由10mmol时的100nm增加到50mmol时的200nm，颗粒与颗粒之间的连接也愈加紧密，这将不利于电解液的渗透。从图2可知：在30mmol时具有最大的充电比容量，为347.5mAhg-1。放电过程基本无明显区别，五个样品依浓度增加，各样品的放电比容量分别为219.3mAhg-1、221.5mAhg-1、274.5mAhg-1、252.8mAhg-1、259.2mAhg-1。各样品的首次库伦效率依次为82.5％、82.3％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将包含Li、Mn、Co和Ni的可溶性金属盐按照摩尔比溶于二次去离子水中，混合成一定浓度的溶液；/n将聚合物溶于无水乙醇中，制成一定浓度的聚合物溶液；/n将聚合物溶液与中金属盐溶液混合均匀，转移到注射器中，利用静电纺丝装置制备前驱体；/n将所得前驱体在氧气环境下进行焙烧，得到富锂锰基固溶体正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将包含Li、Mn、Co和Ni的可溶性金属盐按照摩尔比溶于二次去离子水中，混合成一定浓度的溶液；
将聚合物溶于无水乙醇中，制成一定浓度的聚合物溶液；
将聚合物溶液与中金属盐溶液混合均匀，转移到注射器中，利用静电纺丝装置制备前驱体；
将所得前驱体在氧气环境下进行焙烧，得到富锂锰基固溶体正极材料。


2.如权利要求1所述的富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性金属盐为乙酸盐、硝酸盐中的一种或两种。


3.如权利要求1所述的富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚乙烯吡咯唍酮，且所述聚乙烯吡咯唍酮在无水乙醇中的质量分数为8wt％。


4.如权利要求1所述的富锂锰基固溶体正极材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体的浓度为30mmol～50mmol。

【专利技术属性】
技术研发人员：何云飞，尹波，张建华，曹云红，
申请(专利权)人：江苏理士电池有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32