本发明专利技术涉及一种层状锂离子电池正极材料ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２制备方法，把可溶性镍盐和锰盐以摩尔比完全溶解，干燥后从而获得均匀的前驱体并预烧。将锂源化合物与前驱体充分研磨后在空气氛围中下８００－１０００℃煅烧３－２４小时从而获得掺杂均匀ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２。本方法制备出单相、结构稳定、离子无序度低的ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２，从而获得大容量、低内阻、高放电倍率、循环性能好的锂离子电池正极材料。并使这种电极材料能在实际的锂离子电池中得到应用，在放电容量、循环性、大电流放电能力等方面具有很强的竞争力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源制备领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料层状锂镍锰氧 复合材料制备方法，特别是采用固相法制备锂镍锰氧复合材料的方法。
技术介绍
在过去的十几年中，锂离子二次电池已经得到了充分的研究和广泛的应用，越 来越多的电子器件如笔记本电脑、数码相机、MP5等都需要锂离子电池作为长时间的稳 定电源。随着近几年石油等不可再生能源价格飞速增长，电池作为一种能源形式，有许 多优点。锂离子电池自问世以来发展迅速，与常用的铅酸蓄电池、镍镉电池、氢镍等二 次电池相比具有开路电压高、能量密度大、无记忆效应、无污染及自放电小等优点[1]， 已经在很短的时间内在各种领域取代其他二次电池。目前已广泛应用于便携式移动工 具、数码产品、人造卫星、航空航天等领域，在电动自行车和汽车等领域也具有非常 广阔的前景。锂离子电池也被认为是为电动自行车、混合动力车等提供低价清洁能源 的首选，这就要求这种锂离子电池不但拥有高容量，同时还要有大功率。尽管LixC6/ LinCoO2锂离子电池可以满足大部分移动电子产品的要求并且正极材料LiFePO4已有的 改进在一定程度上满足了动力能源的需求，但是Co资源有限，成本高，对环境有害且钴 酸锂电池安全性相对较差，LiFePO4具有无法克服的能量密度低的缺陷不适用于移动电子 产品，所以，近年来人们一直在寻求一种低成本、高性能，对环境友好且安全性高的正 极材料来代替LiCoO2。层状Li-Ni-Mn-O价格低廉、无毒、安全性好，被认为是有前途的可替换商业 化LiCoO2的锂离子电池正极材料，其中LiNia5Mna5O2被认为是最有潜力的材料，因为 它的理论容量为280mAh/g，同时结构稳定，在循环中不会像层状LiMnO2—样转变为 尖晶石结构，目前小电流放电普遍可以达到200mAh/g的容量。尽管各种各样的合成方 法很多如固相法([J]Y.Makimura et al Journal of Power Sources 2003 119-121 156-160 3， [J]K.Kang et al Science 2006 311 977-980)、共沉淀法([J]Z丄u et al Electrochemical and Solid-State Letters 2001 4 A191—A194, [JJZ.Lu et al Journal of The Electrochemical Society 2002 149 A778-A791)、溶胶-凝胶法([J]J.H.Kim et al Journal of Power Sources 2003 166-170 119-121)、乳化干燥法([J]S.T.Myung et al Solid State Ionics 2004 170 139-144)、 冷冻干燥法([J]O.A.Shlyakhtin et al Electrochimica Acta 2004 50 505-509)、超声辅助法 ([J]B.Zhang et al Solid State Ionics 2007 178 1230-1234)、水热法([J]Cho.et al The Journal of Physical Chemistry C 2007 111 3192-3196)、离子交换法([J]K.Kang et al Science 2006 311 977-980，[J]Y.Hinuma et al.Chemistry of Materials.2007 19 1790-1800)等被用来合成 LiNia5Mna5O2，但是由于晶体结构中存在杂相和Li/Ni排列无序等问题，很难合成出具有 更高电池活性的锂离子电池正极材料LiNia5Mna5O215最近解决这些问题最主要的突破有 两个，一个是通过例子交换方法，Li+置换Na+把Na(Nia5Mna5) O2转化为Li (Nia5Mna5)O2;另一个是利用Ni和Mn的双氢氧化物共沉淀法即计量比为1 1的Ni(OH)2* Mn(OH)2固溶体作为前驱物。前一种方法是复杂的多步合成反应，并且需要消耗大量的 锂盐，成本很难控制并且操作繁琐，即便对锂盐进行回收，工艺上也有一定程度的复杂 性；后一种方法则因为Mn2+在潮湿空气中很容易被氧化，需要很小心的控制条件以获得 Ni(OH)2和Mn(OH)2固溶体。所以现在研究的重点也就变成如何能够以一种简单方法 获得掺杂均勻的Ni、Mn固溶体作为前驱物，最终制备出单相、结构稳定、离子无序度低 的LiNia5Mna5O2，从而获得大容量、低内阻、高放电倍率、循环性能好的锂离子电池正 极材料。
技术实现思路
本专利技术将主要利用简单易控制的方法取得复杂反应才能获得的效果，通过简单 固相反应法获得掺杂均勻的Ni、Mn固溶体作为前驱物，这种前驱物为单相化合物，达到 均一的原子级Ni、Mn掺杂，同时不受外部条件影响，本专利技术克服了现有技术的局限性同 时简化了复杂的制备步骤。本专利技术的技术方案如下—种层状锂镍锰氧复合材料的制备方法，其特征在于具体包括以下几个步 骤(1)按化学计量比分别称取可溶性的镍盐和可溶性的锰盐，放入盛有蒸馏水的 容器中，并搅拌使其完全溶解，制得镍盐和锰盐的驱体溶液，其中镍与锰的摩尔比为 1 (1-1.02)；(2)蒸干镍盐和锰盐前驱体溶液，获得均勻的镍、锰盐沉淀；(3)将获得均勻的镍、锰盐沉淀充分研磨后，在空气氛围中800-100(TC下煅烧 6-12小时从而获得掺杂均勻单相前驱物；(4)把(3)获得的单相前驱物和锂盐按照一定的比例充分混合，球磨，以 I-IO0C /min的升温速率分两段煅烧得到层状锂镍锰氧复合材料，其中Li与前驱体的摩尔 比为(1-1.03) 1，两段烧结的具体步骤如下a、将前驱物与锂盐的混合物置于箱式炉中，在400-600°C下加热2-5h;b、将(1)加热后的混合物球磨l-4h ；C、将球磨后的料置于箱式炉中，在800-1000°C下加热3_24h;d、研磨过筛后得到最终产物层状锂镍锰氧复合材料。所述的层状锂镍锰氧复合材料的制备方法，其特征在于所述的可溶于水的镍 盐选自硝酸镍、氢氧化镍、硫酸镍、醋酸镍中的一种；所述的可溶于水的锰盐选自硝酸 锰、氢氧化锰、碳酸锰、醋酸锰中的一种。所述的层状锂镍锰氧复合材料的制备方法，其特征在于所述的锂盐选自氢氧 化锂、醋酸锂、碳酸锂、硝酸锂中的一种。本专利技术的层状LiNia5Mna5O2复合材料的电性能采用两电极模拟电池，正极活性 物质粉末、导电剂乙炔黑，黏结剂PVDF，按质量比为75 20 5的比例混合，负极 为金属锂片，隔膜为Celgard2400微孔膜，电解液为lMLiPF6/EC+EMC+DEC (体积比 1:1:1)。本专利技术的优势在于(1)通过简单方法处理前驱体，得到分子级别的混合，最终制备出单相、结构稳 定、离子无序度低的LiNia5Mna5O2，优化了材料的物理化学性能。(2)具有更高的电池活性，从而获得大容量、低内阻、高放电倍率、循环性能好 的锂离子电池正极材料。并且这种电极材料在实际的锂离子电池中有应用的价值，达到 更新电极材料的目的。附图说明图1为本专利技术固相合成制备的NiuMi^5O4前驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种层状锂镍锰氧复合材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下几个步骤：（１）按化学计量比分别称取可溶性的镍盐和可溶性的锰盐，放入盛有蒸馏水的容器中，并搅拌使其完全溶解，制得镍盐和锰盐的驱体溶液，其中镍与锰的摩尔比为１∶（１－１．０２）；（２）蒸干镍盐和锰盐前驱体溶液，获得均匀的镍、锰盐沉淀；（３）将获得均匀的镍、锰盐沉淀充分研磨后，在空气氛围中８００－１０００℃下煅烧６－１２小时从而获得掺杂均匀单相前驱物；（４）把（３）获得的单相前驱物和锂盐按照一定的比例充分混合，球磨，以１－１０℃／ｍｉｎ的升温速率分两段煅烧得到层状锂镍锰氧复合材料，其中Ｌｉ与前驱体的摩尔比为（１－１．０３）∶１，两段烧结的具体步骤如下：ａ、将前驱物与锂盐的混合物置于箱式炉中，在４００－６００℃下加热２－５ｈ；ｂ、将（１）加热后的混合物球磨１－４ｈ；ｃ、将球磨后的料置于箱式炉中，在８００－１０００℃下加热３－２４ｈ；ｄ、研磨过筛后得到最终产物层状锂镍锰氧复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种层状锂镍锰氧复合材料的制备方法，其特征在于具体包括以下几个步骤(1)按化学计量比分别称取可溶性的镍盐和可溶性的锰盐，放入盛有蒸馏水的容 器中，并搅拌使其完全溶解，制得镍盐和锰盐的驱体溶液，其中镍与锰的摩尔比为 1 (1-1.02)；(2)蒸干镍盐和锰盐前驱体溶液，获得均勻的镍、锰盐沉淀；(3)将获得均勻的镍、锰盐沉淀充分研磨后，在空气氛围中800-100(TC下煅烧6-12 小时从而获得掺杂均勻单相前驱物；(4)把(3)获得的单相前驱物和锂盐按照一定的比例充分混合，球磨，以1-10°C/ min的升温速率分两段煅烧得到层状锂镍锰氧复合材料，其中Li与前驱体的摩尔比为 (1-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡若愚，孟祥龙，刘大军，徐小明，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：34
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