复合正极氧化物纳米颗粒合成及其制备方法技术

复合正极氧化物纳米颗粒合成及其制备方法。本项发明专利技术公开一种锂离子电池正极纳米材料的合成方法，该方法步骤如下：（1）按所需产品的化学计量比在浓硝酸中加入不同金属盐固体，常温搅拌或超声得到金属硝酸溶液；（2）加入醇与柠檬酸加热搅拌得到金属前驱体溶液；（3）将前驱体溶液直接放入加热炉，在空气或富氧氛围下，直接以一定的速率升温至反应温度得到正极复合纳米材料。本发明专利技术的方法可以称为简易燃烧法，具有操作简单、烧结温度低、产物形貌均匀等优点，产品具有很好的循环性能和倍率性能。产品具有很好的循环性能和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
复合正极氧化物纳米颗粒合成及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合正极氧化物纳米材料合成
，特别涉及锂离子正极材料制备方法。

技术介绍

[0002]能源问题是21世纪世界的关键问题之一，锂离子电池具有电压高、比容量大等优点。锂电池技术发展的关键在于电极材料性能，相对于锂电池负极材料的高容量来说，锂电池正极材料的低容量限制了锂电池的发展。正极材料性能很大程度上取决于颗粒的微观结构，包括尺寸、形貌和化学组分，目前主要的做法是将活性颗粒制备成多孔的纳米尺寸材料，以增加电解液与材料的接触面积，缩短电子和离子的扩散距离，进而提高电导率与锂离子的扩散效率。实验证明当正极材料颗粒尺寸小于100 nm可提升能量密度。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要目的在于提供一种制备复合正极氧化物纳米颗粒的方法，该方法具有操作简单、烧结温度低、产物形貌均匀等优点，且产品具有优异的循环性能。
[0004]本专利技术提供的技术方案，其特征在于包括以下步骤：S101：所述Li
x
Ni
y
Co
z
M
1-y-z
O2(M = Al或Mn),x的取值范围为0.995<x<1；S102：制备金属硝酸溶液：按所需产品的化学计量比加入锂源，镍源，钴源，锰源和铝源，将金属盐溶于浓硝酸（65.0～68.0 wt%），而锂源则为所有其他金属浓度总和的1-1.2倍;S103：将S102中金属硝酸溶液超声10-30分钟直至其完全溶解（20-30 ℃），得到分布均匀混合的金属硝酸溶液，溶液pH值约等于2。在此pH值下，金属几乎不发生水解；S104：往S103的金属硝酸溶液加入正丁醇和络合剂柠檬酸，先在60-100 ℃下搅拌 30
ꢀ-
60分钟，使柠檬酸完全溶解得到粘稠溶液，再柠檬酸完全溶解之后，降温至40-50 ℃，继续搅拌1-24小时得到金属前驱体溶液。需要注意的是，柠檬酸须在金属硝酸盐完全溶解后方可加入，否则无法达到均匀络合不同金属离子这一目的，此步中正丁醇与柠檬酸过量;S105：将S104中得到的金属前驱体溶液，分置于氧化铝坩埚中，坩埚不加盖以保证有机物充分氧化；空气或富氧气氛下，在加热炉中以2 ℃/min的速率升温，并在150 ℃下保温1-4 小时、250 ℃下保温1-4小时、350 ℃下保温2-6 小时、最后在750-1000 ℃下保温6-12小时，随后冷却即得样品复合氧化物纳米材料。
[0005]进一步地，在所述步骤S101中，所述回收的材料包含Li
x
Ni
y
Co
z
M
1-y-z
O2(M = Al或Mn)；进一步地，在所述步骤S102中，所述锂源可为碳酸锂、硝酸锂、乙酸锂中的一种或几种混合；进一步地，在所述步骤S102中，所述锂源为其他金属盐的1-1.2倍；进一步地，在所述步骤S102中，所述镍源可为硝酸镍、乙酸镍、氧化镍中的一种或几种
混合；进一步地，在所述步骤S102中，所述钴源可为硝酸钴、乙酸钴、氧化钴中的一种或几种混合；进一步地，在所述步骤S102中，所述锰源可为硝酸锰、乙酸锰、氧化锰中的一种或几种混合。
[0006]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术是针对复合氧化物电池正极材料；2、本专利技术的简易燃烧法具有操作简单，方便，烧结温度低，产物形貌均匀等优点，且所得材料具有极佳循环性能。
[0007]实施例1简易燃烧法合成新型纳米正极材料Li
x
Ni
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2的制备流程如图1所示，包括如下步骤：S101：所述Li
x
Ni
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2分子式中，x的取值范围为0.995<x<1;S102：制备金属硝酸溶液：分别称量硝酸镍（0.01 mol）、硝酸钴（0.01 mol）、硝酸锰（0.01 mol）、硝酸锂（0.0305 mol）溶解于60 g浓硝酸（65.0～68.0 wt%）中；S103：将S102中金属硝酸溶液超声10-30分钟直至其完全溶解（20-30 ℃），得到分布均匀混合的金属硝酸溶液，溶液pH值约等于2，在此pH值下，金属几乎不发生水解；S104：往S103的金属硝酸溶液加入正丁醇入（70 g）和络合剂一水合柠檬酸（40 g），使金属离子在原子级别均匀混合；先在80-100 ℃下搅拌 30
ꢀ-
60分钟，使柠檬酸溶解得到粘稠溶液，在柠檬酸完全溶解之后降温至40-50 ℃，再搅拌1-24小时;S105：将S104中得到的粘稠溶液，置于氧化铝坩埚中，坩埚不加盖以保证有机物充分氧化。空气气氛下，马弗炉中，以2 ℃/min的速率升温，并在150 ℃下保温2 小时、250 ℃下保温3 小时、350 ℃下保温3 小时、最后在750 ℃下保温10小时，随后冷却即得样品Li
x
Ni
1/3
Co
1/3
M
1/3
O2实施例2简易燃烧法制备复合纳米氧化物Li
x
Ni
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2的制备方法，包括如下步骤：S101：所述Li
x
Ni
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
O2分子式中,x的取值范围为0.995<x<1;S102：分别称量硝酸镍（0.015 mol）、硝酸钴（0.006 mol）、硝酸锰（0.01 mol）、硝酸锂（0.0341 mol）溶解于60 g浓硝酸（65.0～68.0 wt%）中;S103：将S102中金属硝酸溶液超声10-30分钟直至其完全溶解（20-30 ℃），得到分布均匀混合的金属硝酸溶液，溶液pH值约等于1.2。在此pH值下，金属几乎不发生水解；S104：往S103的金属硝酸溶液加入70 g正丁醇入和40 g的络合剂一水合柠檬酸，使金属离子在原子级别均匀混合。先在80-100 ℃下搅拌 30-60分钟，使柠檬酸溶解得到粘稠溶液，在柠檬酸完全溶解之后降温至40-50 ℃，再搅拌12小时;S105：将S104中得到的粘稠溶液，分装于氧化铝坩埚中，坩埚不加盖以保证有机物充分氧化，在空气气氛下，于马弗炉中以2 ℃/min的速率升温，并在150 ℃下保温2小时、250 ℃下保温2小时、500 ℃下保温6小时、最后在820 ℃下保温14小时，随后冷却即得纳米材料Li
x
Ni
0.5
Mn
0.5
O2实施例3
简易燃烧法制备复合纳米氧化物Li
x
Ni
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2的制备方法，包括如下步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.简易燃烧法合成复合正极氧化物纳米颗粒，其特征在于包括如下步骤：S101：所述Li
x
Ni
y
Co
z
M
1-y-z
O2(M = Al或Mn),x的取值范围为0.995<x<1；S102：制备金属硝酸溶液：按所需产品的化学计量比称取锂源，镍源，钴源，锰源或铝源，将金属盐溶于浓硝酸（65.0～68.0 wt%），而锂源则为所有其他金属浓度总和的1-1.2倍;S103：将S102中金属硝酸溶液超声10-30分钟直至其完全溶解（20-30 ℃），得到分布均匀的金属硝酸溶液，溶液pH值约等于2,在此pH值下，金属几乎不发生水解；S104：往S103的金属硝酸溶液加入正丁醇和络合剂柠檬酸，先在60-100 ℃下搅拌 30
ꢀ-
60分钟，使柠檬酸完全溶解得到粘稠溶液，在柠檬酸完全溶解之后，降温至40-50 ℃，继续搅拌1-24小时得到金属前驱体溶液;S105：将S104中得到的金属前驱体溶液置于氧化铝坩埚中，空气或富氧气氛下，在加热炉中以2 ℃/min的速率升温，在150 ℃下保温1-4 小时、250 ℃下保温1-4小时、350...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊良，洪月仙，刘国奇，蔡国鸿，杨宴泉，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：