一种高倍率性能的锂离子电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种高倍率性能的锂离子电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明专利技术首先将一定化学计量比的锂源、锰源、镍源和铌源混合，在球磨机中研磨5-10个小时后将混合物放入马弗炉中以5-10℃/min升温速率升温至850-950℃，在850-950℃下反应15-24小时后自然冷却到室温，即制得LiMn1.425Ni0.525Nb0.05O4正极材料。本发明专利技术所制备的正极材料具有可观的可逆容量、优异的倍率性能和稳定的循环寿命，使得该材料具有很高的实际使用价值，可以有效的满足锂离子电池各种应用的实际要求，另外本发明专利技术方法还具有制备工艺简化、可控重现性高、生产成本低等特点。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高倍率性能的锂离子电池 LiMn1.425Ni0.525Nb0.0504正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其具有比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点而成为未来电动汽车和混合电动汽车的首选电源。因此，锂离子电池及其相关材料已成为世界各国科研人员的研究热点之一。其中正极材料由于其价格偏高、比容量偏低而成为制约锂离子电池被大规模推广应用的瓶颈。此外，和负极材料相比，正极材料能量密度和功率密度低，并且也是引发动力锂离子电池安全隐患的主要原因。虽然锂离子电池的保护电路已经比较成熟，但对于电池而言，要真正保证安全，正极材料的选择十分关键。作为动力电池正极材料，其安全性尤为重要，正极材料的发展主要集中体现在寻求高能量密度、高功率密度、环境友好和价格便宜的电极材料。近年来，随着耐高电压电解液的研制成功，采用过渡金属离子对锰离子进行掺杂，生成尖晶石相LiMa5Mni.504 (M=Cr、Nije)，可以提高电池的充放电电压，可达到5 V左右，充分抑制了 Jahn-Teller效应的发生，有效的提高了电极的循环寿命，从而引起了人们的广泛关注。在大量的研究过程中发现，只有材料LiNitl.5Μηι.504 表现出一个可接受的稳定性能。尽管LiNia5Mni.504具有较高的氧化电压，但DSC研究表明它仍然具有比层状镍钴酸锂更高的安全性，仍然可以作为动力电池正极材料。化学计量比的LiNia5Mni.504却很难合成。众所周知，锰酸锂的合成温度一般在700°C以上，但当合成温度超过650°C时，LiNiQ.5Mni.504开始失氧，导致Mn3+生成，形成非化学计量比的尖晶石，并伴有NiO等杂质生成，这不但降低了 LiNia5Mr^5O4的5V电压平台放电容量，也降低其循环性能⑴· Zhong, et al. J. Electrochem. Soc. 1997，144: 205 — 213)。目前，提高 LiNi0.5MnL504性能的途径主要有三个方面制备纳米粒径材料、制备多孔结构材料及提高其结构稳定性。前两种方法具有过程复杂多变、能耗过大、成本较高等缺点，不利于实现大规模工业化生产。因此，通过掺杂提高LiNia5Mr^5O4稳定性具有非常广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的技术问题，提供一种高倍率性能的锂离子电池 LiMr^ 425Nia 525Nbatl5O4E极材料的制备方法。本专利技术方法具体步骤如下(1)将一定化学计量比的锂源、锰源、镍源和铌源混合，在球磨机中研磨5-10个小时，使之混合均勻得到混合物，所述锂源、锰源、镍源和铌源的金属原子摩尔比为 (0. 95-1. 1) :1. 425:0. 525:0. 05 ；(2)将步骤(1)得到的混合物放入马弗炉中，按照5-10°C/min升温速率升温至 850-950°C，在850-950°C下反应15-24小时，随后自然冷却到室温，即制得高倍率性能的锂离子电池LiMr^ 425Nia 525Nbatl5O4正极材料。所述铌源为五氧化二铌或者氢氧化铌Nb (OH) 5。所述锂源为碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的一种。所述镍源为NiO、醋酸镍、硝酸镍中的一种。所述锰源为MnO2、醋酸锰、硝酸锰中的一种。本专利技术的特点是1、简化了 LiMr^ 425Nia 525Nbatl5O4的制备工艺过程，可控性好，重现性高，不使用螯合剂， 节约了生产成本。2、利用该方法合成的材料颗粒均勻一致、分散性好、结晶度高，并且通过调节反应温度和时间，还可得到不同粒径的材料。3、本专利技术中所得到的材料具有可观的可逆容量、优异的倍率性能和稳定的循环寿命，使得该材料具有很高的实际使用价值，可以有效的满足锂离子电池各种应用的实际要求。4、本专利技术充分利用了我国丰富的铌矿资源(储量居世界第二)和无毒的锰矿资源来开发锂离子电池，从制造材料的源头上降低了锂离子电池的实际成本，特别适合工业化大规模生产。附图说明图1为本专利技术实施例1中所得LiMn1.425Ni0.525Nb0.0504的XRD图。图2为本专利技术实施例1中所得LiMn1.425Ni0.525Nb0.0504的SEM图。图3为本专利技术实施例1中所得LiMr^ 425Nia 525Nbatl5O4的首次放电曲线(0. 1 C充电， 3C放电)。图4为本专利技术实施例1中所得LiMr^ 425Nia 525Nbatl5O4的在不同倍率下的循环性能曲线。具体实施例方式实施例1 将0. 205mol氢氧化锂、0. 285 mol 二氧化锰、0. 105 mol氧化亚镍和0. 005 mol五氧化二铌混合，然后放入球磨机球磨8 h，使之混合均勻，接着将最终形成的混合物放入马弗炉中，从室温以5°C /min的速率升至850°C，然后在850°C下反应 24 h，然后自然冷却到室温，即得LiMr^ 425Nia 525Nbaci5O4t5 X射线粉末衍射分析表明所得的 LiMr^ 425Nia 525Nba Ji4为纯相，没有其他任何杂相，结晶度高。从扫描电子显微镜分析得知所得产物的颗粒大小均勻一致，粒径为1-2 Mm。将所得的产物作为电极材料，在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池，以0. 1 C的倍率在3. 3-4. 95 V间进行充电循环，然后在3C倍率下进行放电循环，3C倍率时，LiMr^ 425Nia 525Nbatl5O4首次放电容量分别为116. 6 mAh · g—1，循环 100 周后的可逆容量仍达到 104. 4 mAh · g-1，LiMr^ 425Nia 525Nbatl5O4 显示了优异的倍率性能。实施例2 将0. 22mol硝酸锂、0. 285 mol醋酸锰、0. 105 mol硝酸镍和0. 005 mol 五氧化二铌混合，然后放入球磨机球磨5 h，使之混合均勻，接着将最终形成的混合物放入马弗炉中，从室温以8°C /min的速率升至850°C，在850°C下反应M h，然后自然冷却到室温，即得LiMr^ 425Nia 525NbaJV X射线粉末衍射分析表明所得的LiMr^ 425Nia 525Nbatl5O4没有杂质。从扫描电子显微镜分析得知所得产物的颗粒大小均勻一致，粒径为3-4 Mm。将所得的产物作为电极材料，在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池以0. 1 C的倍率在3. 3-4. 95 V间进行充电循环，然后在3C倍率下进行放电循环，1^11111.425附(1.525他(1.(1504首次放电容量为115 mAh · g—1，循环100周后的可逆容量分别为104 mAh · g—1。实施例3 将0. 21 mol醋酸锂、0. 285 mol硝酸锰、0. 105 mol醋酸镍、0. 01 mol氢氧化铌混合，然后放入球磨机球磨10 h，使之混合均勻，接着将最终形成的混合物放入马弗炉中，从室温以10°c /min的速率升至950°C，在950°C下反应15 h，然后自然冷却到室温， 即得，LiMr^ 425Nia 525NbaJV X射线粉末衍射分析表明所得的LiMn1.425Nia 525NbQ. JV没有杂质。从扫描电子显微镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高倍率性能的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于该制备方法具体步骤如下：（１）将一定化学计量比的锂源、锰源、镍源和铌源混合，在球磨机中研磨５－１０个小时，使之混合均匀得到混合物，所述锂源、锰源、镍源和铌源的金属原子摩尔比为：（０．９５－１．１）：１．４２５：０．５２５：０．０５；（２）将步骤（１）得到的混合物放入马弗炉中，按照５－１０℃／ｍｉｎ升温速率升温至８５０－９５０℃，在８５０－９５０℃下反应１５－２４小时，随后自然冷却到室温，即制得高倍率性能的锂离子电池ＬｉＭｎ１．４２５Ｎｉ０．５２５Ｎｂ０．０５Ｏ４正极材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：伊廷锋，岳彩波，丁园，诸荣孙，周安娜，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：34