一种镍锰二元复合正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池正极材料领域，尤其涉及一种镍锰二元复合正极材料及其制备方法。通过在稀硫酸溶液中加入苯胺和过硫酸铵的方法制备得到聚苯胺；再将3

【技术实现步骤摘要】
一种镍锰二元复合正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种镍锰二元复合正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，人们的日常生活及工业生产对能源的需求量逐步增加。不可再生能源的持续性消耗，使得人类面临环境污染和资源短缺的双重威胁。电池行业作为新能源领域的重要代表，已发展成为当前最主要的储能系统。其中的锂离子电池因具有容量及工作电压高、自放电小、循环稳定等优势成为现代高性能电池的主要研究方向，逐渐发展成为小型电子设备的理想电源。此外，正极材料的质量、安全、成本问题作为决定电池最终性能的关键因素。镍钴锰三元正极材料是目前主要的正极材料之一，它具有高容量、长寿命的特点，但其中含有价格昂贵的钴金属，由于受到钴金属价格的约束，该三元正极材料在成本上处于不利地位，这限制了其在电动汽车领域的广泛应用。为摆脱对高价钴金属的依赖，科研人员在无钴的镍锰二元正极材料上寻求了突破。
[0003]高电压LiNi
0.5
Mn
1.5
O4正极材料具有更大的可逆容量（146.7mAh g
‑1），更好循环性能，更高的工作电压等优势成为高容量及高能量密度型锂离子电池的首选材料。然而，LiNi
0.5
Mn
1.5
O4材料的高放电平台，更容易引发电解液的分解，进而导致电解液与电极材料表面副反应的发生，这种副反应导致的腐蚀反应会加快镍锰酸锂尖晶石结构中Mn离子的溶出，伴随着电解液分解产物LiF、LiCO3等共同沉积在电极材料表面，Li
+
脱出阻力增加，电池内阻也会增加，电池的倍率性能变差，电池容量亦会衰减。因此，为了能够克服上述问题，需要对其进行改性。
[0004]申请号为201510628492.3的中国专利公开了一种改性超疏水材料包覆的锂离子电池高镍正极材料及其制备方法。其正极材料的制备过程为：(1)在反应釜中加入锂离子电池高镍正极材料和改性超疏水材料；(2)将所述改性超疏水材料和锂离子电池高镍正极材料在乙醇溶液中分散均匀；(3)将步骤(2)得到的悬浮液固液分离，热处理得到改性超疏水材料包覆的锂离子电池高镍正极材料。其中改性超疏水材料是将纳米材料沉积在超疏水材料表面得到，提供的改性超疏水材料包覆的锂离子电池高镍正极材料具有优异的疏水亲电解液性和导电性，但其改性超疏水材料为将纳米材料直接沉积在超疏水材料表面得到，因而纳米材料与超疏水材料间的结合力有限。
[0005]申请号为202111283509.8的中国专利公开了镍锰二元复合正极材料及其制备方法，制备方法为：称取原料和络合剂；提纯得到硫酸镍材料，还原得到二氧化锰材料，并混合形成镍锰混合液；将电解质锂盐添加入镍锰混合液中，并加入络合剂；对溶胶进行网格固定后进行分解煅烧后经冷却形成粉末状的镍锰酸锂材料；将镍锰酸锂材料放入模具内进行熔融，对镍锰酸锂材料进行塑形，冷却后对镍锰酸锂材料进行打磨抛光产生镍锰酸锂电池片；在该方法中，虽然使得原料中的镍、锰均匀的分散渗入胶体体系中，提高了镍锰酸锂的纯度，但是针对循环过程中过渡金属离子溶解的问题并没有解决。
[0006]因此开发出一种对正极镍锰酸锂材料具有较好保护作用且具有较好结合力的改性材料能够极大提升锂离子电池正极材料的安全性和循环性能。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供一种镍锰二元复合正极材料及其制备方法，通过在镍锰酸锂正极材料上包覆一层改性导电聚合物，在正极材料表面形成了均匀的保护涂层，提升了锂离子电池的安全性和循环性能。
[0008]本专利技术解决上述问题的技术方案如下：一种镍锰二元复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：S1、在稀硫酸溶液中加入苯胺，优选稀硫酸浓度为1mol/L，超声分散10
‑
20min后保持反应温度在5
‑
10℃，优选超声分散20min，反应温度为5℃，缓慢向其中滴加过硫酸铵溶液，反应6
‑
8h，优选为8h，过滤，洗涤，干燥至恒重，得到粉末状样品，即为聚苯胺，其中，干燥条件为60
‑
80℃真空干燥，优选为80℃；S2、在溶剂中加入3
‑
氰基苯甲酸和步骤S1制备得到的聚苯胺粉末，超声分散10
‑
20min，优选为20min，加入脱水剂并升高温度至40
‑
50℃，搅拌反应4
‑
6h，优选为升高温度至45℃，搅拌6h，得到混合液；其中，溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、1,4
‑
环己二胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的一种或多种混合，优选为N
‑
甲基吡咯烷酮；脱水剂为N,N'
‑
二环己基碳酰亚胺、碳化二亚胺、N,N
‑
羰基二咪唑、二氯亚砜中的一种或多种混合，优选为N,N'
‑
二环己基碳酰亚胺；S3、保持温度在25
‑
35℃，优选为30℃，向步骤S2得到的混合液中加入磷酸铝，搅拌1
‑
2h后，优选为2h，再向其中加入LiMn
1.5
Ni
0.5
O4，搅拌1
‑
2h，优选为2h，超声分散20
‑
40min，优选为30min，搅拌并升高温度至80
‑
100℃蒸发溶剂，优选为85℃，得到镍锰二元复合正极材料。
[0009]本专利技术提供一种镍锰二元复合正极材料，由上述制备方法制备得到。
[0010]本专利技术提供一种锂离子电池，包含该制备的镍锰二元复合正极材料。其中电极的制备及电池的组装方法为：称取制备得到的镍锰二元复合正极材料、导电炭黑和粘结剂PVDF，其质量比为：镍锰二元复合正极材料：导电炭黑：PVDF=8:1:1，以N
‑
甲基吡咯烷酮为溶剂调制浆料，混合均匀后涂覆在铝箔集流体上，置于真空干燥箱中110℃干燥12h。经冲片机制备成直径为12mm的正极片；负极为金属锂片，直径14.5mm；电解液为：1mol/L的LiPF6/(EC(碳酸乙烯酯):DMC(碳酸二甲酯))=1:1，体积比；隔膜：Celgard 2400聚丙烯隔膜，隔膜直径为19mm。
[0011]在高纯氩气手套箱中组装成CR2032半电池（氩气气氛，水氧含量均低于0.1ppm）；电池的装配顺序为：正极壳、正极片、电解液、隔膜、电解液、锂片、垫片、弹片和负极壳，组装完成后利用封口机将电池加压密封、成型。搁置5h后进行测试。
[0012]本专利技术具有如下有益效果：通过在稀硫酸溶液中加入苯胺和过硫酸铵的方法制备得到聚苯胺；再将3
‑
氰基苯甲酸和聚苯胺混合，在脱水剂的作用下，将3
‑
氰基苯甲酸接枝到聚苯胺分子链上；进一步的，向其中添加磷酸铝得到用于包覆正极材料LiMn
1.5
Ni
0.5
O4颗粒的包覆液，最后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍锰二元复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在稀硫酸溶液中加入苯胺，超声分散10
‑
20min后保持反应温度在5
‑
10℃，缓慢向其中滴加过硫酸铵溶液，反应6
‑
8h，过滤，洗涤，干燥至恒重，得到粉末状样品，即为聚苯胺；S2、在溶剂中加入3
‑
氰基苯甲酸和步骤S1制备得到的聚苯胺粉末，超声分散10
‑
20min，加入脱水剂并升高温度至40
‑
50℃，搅拌反应4
‑
6h，得到混合液；S3、保持温度在25
‑
35℃，向步骤S2得到的混合液中加入磷酸铝，搅拌1
‑
2h后，再向其中加入LiMn
1.5
Ni
0.5
O4，搅拌1
‑
2h，超声分散20
‑
40min，搅拌并升高温度至80
‑
100℃蒸发溶剂，得到镍锰二元复合正极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晶，司徒白雪，李良，李健，柏鑫焱，陆伟俊，
申请(专利权)人：深圳中芯能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：