一种模板法制备锂离子电池菱形高电压LiNi制造技术

本发明专利技术公开了一种模板法制备锂离子电池菱形高电压LiNi

【技术实现步骤摘要】
一种模板法制备锂离子电池菱形高电压LiNi
0.5
Mn
1.5
O4正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及一种模板法制备锂离子电池菱形高电压LiNi
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Mn
1.5
O4正极材料的方法，属于锂离子电池正极材料制备领域。

技术介绍

[0002]为满足电动汽车急剧增长的需求，迫切需要开发高能量密度的锂离子电池。众所周知，锂离子电池的能量密度不仅取决于比容量，还取决于工作电压。因此，开发高电压正极材料是实现高能量密度锂离子电池的有效方法。目前，各种高电压正极材料(包括聚阴离子化合物、高镍三元材料、富锂层状氧化物和LiNi
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O4)已经引起了广泛的关注和深入研究。在这些高电压正极材料中，尖晶石结构LiNi
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O4被认为是实现高能量密度锂离子电池最有潜力的正极材料之一，因为它具有较高的工作电压平台(4.7VvsLi/Li
+
)和理论容量(148mAhg
‑1)，而且成本相对较低。
[0003]尖晶石结构LiNi
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O4的制备方法主要包括高温固相法、水热法、共沉淀法、溶胶
‑
凝胶法和溶胶热法等。然而，这些方法制备的材料大多没有均一的形貌结构和均匀的粒径分布，使得振实密度和电化学性能欠佳。而模板法通过使用具有目标形态或结构的材料作为模板，根据拓扑效应，使得反应物附着在模板上，然后经过煅烧过程或其他处理，制备出保持模板形态的产品。此外，在合成过程中应用模板可以使目标产品分布较为均匀，减少反应过程中的团聚。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，提供了一种模板法制备锂离子电池菱形高电压LiNi
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O4正极材料的方法，使得该方法可制得粒径分布均匀、疏松多孔的菱形结构LiNi
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O4颗粒，能有效提升锂离子电池高电压LiNi
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O4正极材料的振实密度和电化学性能。
[0005]本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：
[0006]一种模板法制备锂离子电池菱形高电压LiNi
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O4正极材料的方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：以高锰酸钾作为锰源，将其溶解于无水甲醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液中，然后进行水热反应，反应结束后通过离心、洗涤和干燥步骤得到菱形MnCO3，最后在氧气气氛下进行烧结得到菱形Mn2O3；
[0008]步骤2：以菱形Mn2O3作为模板，将其与锂盐、镍盐在乙醇溶液中搅拌混匀后进行干燥处理，干燥后对所得混合物进行再次研磨混匀，然后在空气气氛下经烧结得到菱形高电压LiNi
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Mn
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O4正极材料。
[0009]进一步地，步骤1：称取高锰酸钾溶解于无水甲醇和DMF体积比为1：0.2～1：3的混合溶液中，然后在温度为160～280℃下，进行水热反应4～48h，反应结束后通过离心、用去
离子水洗涤2～5次、在60～120℃烘箱内干燥6～48h等步骤得到菱形MnCO3，最后在氧气气氛下，以2～6℃/min的升温速率升温至350～550℃烧结3～10h得到菱形Mn2O3；
[0010]进一步地，步骤2：以菱形Mn2O3作为模板，将其与锂盐、镍盐按照摩尔比3：2：1.05～1.1在乙醇溶液中以转速150～400rpm搅拌0.5～3h后在60～120℃烘箱内干燥6～48h，干燥后对所得混合物进行再次研磨10～90min进行混匀，然后在空气气氛下分两步进行焙烧，首先以2～6℃/min的升温速率升温至300～600℃，保温处理2～8h，然后以2～6℃/min的升温速率升温至700～950℃，保温处理12～24h，最后自然冷却至室温，即得到菱形高电压LiNi
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Mn
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O4正极材料。
[0011]所述锂盐为氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、硝酸锂、草酸锂和氢氧化锂中的至少一种。
[0012]所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍、氯化镍和氨基磺酸镍中的至少一种。
[0013]与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0014]本专利技术公开了一种模板法制备锂离子电池菱形高电压LiNi
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O4正极材料的方法，以高锰酸钾作为锰源，通过水热反应合成菱形MnCO3，再经高温烧结得到菱形Mn2O3；然后以菱形Mn2O3作为模板，将其与锂盐、镍盐按一定的摩尔比充分混合，经过高温处理得到粒径分布均匀、疏松多孔的菱形高电压LiNi
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O4正极材料，有效增大了材料与电解液的接触面积，促进了颗粒界面间的紧密接触和提升了颗粒间的电导率、锂离子扩散速率，使得材料展现出较高的振实密度、优异的倍率性能和循环稳定性。此外，本专利技术的步骤简单、原料易得、便于产业化。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例1水热反应合成的菱形MnCO3材料XRD图；
[0016]图2为本专利技术实施例1MnCO3经高温烧结得到的菱形Mn2O3模板XRD图；
[0017]图3为本专利技术实施例1水热反应合成的菱形MnCO3材料FESEM图；
[0018]图4为本专利技术实施例1MnCO3经高温烧结得到的菱形Mn2O3模板FESEM图；
[0019]图5为本专利技术实施例1模板法合成的菱形LiNi
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O4正极材料XRD图；
[0020]图6为本专利技术实施例1模板法合成的菱形LiNi
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O4正极材料FESEM图；
[0021]图7为本专利技术实施例1模板法合成的菱形LiNi
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O4正极材料倍率性能图；
[0022]图8为本专利技术实施例1模板法合成的菱形LiNi
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O4正极材料循环性能图。
具体实施方式
[0023]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0024]实施例1：称取0.316g高锰酸钾溶解于无水甲醇(24mL)和DMF(16mL)体积比为1.5：1的混合溶液中，然后在180℃温度下水热反应24h，反应结束后通过离心、用去离子水洗涤3次、在80℃烘箱内干燥10h得到菱形MnCO3，最后在氧气气氛下，以3℃/min的升温速率升温至50本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模板法制备锂离子电池菱形高电压LiNi
0.5
Mn
1.5
O4正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：以高锰酸钾作为锰源，将其溶解于无水甲醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合溶液中，然后进行水热反应，反应结束后通过离心、洗涤和干燥步骤得到菱形MnCO3，最后在氧气气氛下进行烧结得到菱形Mn2O3；步骤2：以菱形Mn2O3作为模板，将其与锂盐、镍盐在乙醇溶液中搅拌混匀后进行干燥处理，干燥后对所得混合物进行再次研磨混匀，然后在空气气氛下经烧结得到菱形高电压LiNi
0.5
Mn
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O4正极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中，无水甲醇和N,N
‑
二甲基甲酰胺混合的体积比范围为1：0.2～1：3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中，水热反应的温度范围为160～280℃，反应时间范围为4～48h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中，洗涤所用的溶液为去离子水，洗涤次数2～5次。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐伟建，张卫新，陈章贤，苏建徽，黄小琴，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：