本发明专利技术属于纳米材料制备技术与绿色能源领域，涉及一种应用于锂离子电池的纳米级正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的制备方法。该方法主要解决目前合成材料所需煅烧温度高、煅烧时间长、产物颗粒尺寸不均一等缺点。在镍盐、锰盐、钴盐的混合水溶液中加入一定量的模板剂，再滴加沉淀剂和络合剂形成沉淀；将上述沉淀与混合液在水热釜中高压热反应，清洗烘干得到氧化镍锰钴；再与锂盐混合均匀，经煅烧，冷却制得最终产物。本发明专利技术能够在较短的煅烧时间内得到电化学性能良好的产物，节约了能量消耗，在工业合成大规模应用时具有明显的经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料制备技术与绿色能源领域，涉及一种应用于锂离子电池的纳米级正极材料LiNi1/3Mni/3C0l/3A的制备方法。
技术介绍
锂离子电池研究的两大任务是提高性能(主要是高的能量密度和功率密度、长寿命、安全性)和降低成本。而正极材料是提高锂离子电池性能的关键，它决定锂离子电池的主要性能指标。就动力锂离子二次电池中正极材料而言，钴酸锂(LiCoO2)存在大电池的热失控风险和成本高等问题；锰酸锂(LiMn2O4)具有低成本、环境友好、安全性高等优点， 但其能量密度低、循环性能差、Mn溶解问题突出；磷酸铁锂(LiFePO4)体系具有低成本、高充电稳定性和安全等优势，但能量密度低、电子导电率差、制备工艺复杂等问题。而近年来新起的层状嵌锂三元体系Li-Ni-Mn-Co-O复合氧化物的发展迅速，其代表物为镍锰钴酸锂 (LiNil73Mnl73Col73O2)0此类材料电化学性能稳定、放电容量和放电倍率高、热稳定性好、安全性好，其综合性能优于任一种单组份化合物，是一种有望替代钴酸锂的新型正极材料。虽然LiNi1/3Mni/3C0l/3A材料具有广阔的发展前景，但其制备工艺复杂，不适合工业生产，限制了其实际应用。常用的固相法合成法操作步骤简单，但能耗大、反应时间较长、 合成的材料组分不均一度不够；溶胶？？凝胶法、沉淀法等液相法虽然能合成组分均一的产物，但是热处理的煅烧温度很高(超过900 °C)、煅烧时间长，使得制备材料的能耗大。同时， 正极材料的低电导率严重影响了其在大电流下的电化学性能。而纳米级的粉末颗粒是提高正极材料大电流电化学性能的一种有效途径能缩短锂离子的扩散路径、增大材料比表面积，增加活性材料与电解液的接触面积，从而提高离子电导率。Kobayashi 等人(Kobayashi H, Arachi Y, Emura S, et al. Investigation on lithium de-intercalation mechanism for Li 1-yNil/3Mnl/3Co1/302. Journal of Power Sources, 2005, 146: 640-644.)采用氢氧化物沉淀法在1000°C下煅烧M小时才得到放电容量为160 mAh/g的LiNi1/3Mni/3COl/302。而本专利技术能够在较短的煅烧时间(2 12 小时)内得到电化学性能良好的产物，成本低廉，易于工业化；采用水作为溶剂，绿色环保； 模板剂的添加使得产物形貌规则，尺寸均一、不易团聚，且大倍率充放电性能极佳，与其它文献专利报道的方法相比，具有突出的创新性和先进性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够在较短的煅烧时间内制备电化学性能良好的纳米级锂离子电池正极材料LiNi1/3Mni/3C0l/3A的方法。本专利技术的纳米级正极材料LiNi1/3Mni/3C0l/3A的制备方法，其具体步骤如下(1)采用可溶性的镍盐、锰盐、钴盐为原料，按正极材料LiNi1/3Mni/3COl/302组分中镍、锰、 钴比例，配制成镍盐、锰盐、钴盐的混合水溶液，其中金属含量为2 mol/L ；(2)在步骤(1)中的溶液中加入一定量的模板剂，模板剂质量与目标产物质量比为0.广3，以800 1200转/分钟搅拌0. 2 1. 5小时；(3)在N2气氛下向步骤(2)的溶液中同时滴加沉淀剂和络合剂，同时以80(Γ1200转/ 分钟搅拌，保持反应温度4(T70 °C，保持反应体系的ρΗ值纩13。沉淀形成完后继续保持搅拌广3小时；(4)将步骤(3)中形成的沉淀及溶液转移到水热釜中，填充度为6(Γ90%，在10(Γ280 °C水热环境下高压热反应6 40小时；(5)将步骤(4)中的沉淀过滤清洗，滤饼烘干得前驱体氧化镍锰钴；按正极材料组分比例，将前驱体与锂化合物于混料机内混勻；在20(T400 °C下预热2 12小时，升温至 60(Tl000°C煅烧2 15小时，冷却研磨后得到纳米级层状结构的LiNi1/3Mni/3COl/302。所用的镍盐是乙酸镍、硝酸镍或草酸镍。所用的锰盐是乙酸锰、硝酸锰或草酸锰。所用的钴盐是乙酸钴、硝酸钴或草酸钴。所用的锂盐是乙酸锂、硝酸锂、草酸锂、甲酸锂、亚硝酸锂或柠檬酸锂。所用的模板剂是活性炭粉末、活性炭纤维、碳纳米管、锯末、木粉、竹碳粉、玉米杆、 纤维素、花生壳、碳气凝胶、淀粉、蔗糖、乙基磷酸酯、聚丙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯醚、聚苯乙烯、聚乙烯醚、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。所用络合剂是尿素或氨水。所用沉淀剂是氢氧化锂或氢氧化钠，其与镍离子+锰离子+钴离子总摩尔比为 2 4。络合剂与沉淀剂的摩尔比为0.广2。本专利技术纳米级正极材料LiNi1/3Mni/3C0l/3A的制备方法，其特点是通过改变模板剂和调节煅烧时间和温度，可制备平均晶粒在15 nnT200 nm的纳米级LiNi1/3Mni/3COl/302复合氧化物，振实密度为1.纩2. 8 g/m3。在0.2 C充放电条件下，其放电容量在178 mAh/g以上。本专利技术的优点在于1、热处理时间短，能耗少；2、工艺简单，易于工业化放大，所制得的三元体系LiNiv3Mnv3Ccv3A颗粒粒径分布均勻，形貌规则，不易团聚，成分易控；3、前驱体合成过程中采用水作为溶剂，绿色环保；4、所制得的三元体系LiNiv3Mnv3Ccv3A充放电性能突出，0.2 C充放电条件下，其可逆嵌锂容量在178 mAh/g以上，1. 0 C充放电条件循环40周的容量保持率在98 %左右，循环性能好，是动力型锂离子二次电池理想的正极材料。附图说明图1是实施例1所制备的三元体系LiNi1/3Mni/3C0l/3A复合材料的扫描电镜照片， 放大倍数为2万倍；图2是实施例2所制备的三元体系LiNi1/3Mni/3C0l/3A的初始充放电曲线，电压范围为 2. 8-4. 5 V，电解液为 lmol/L LiPF6/EC_DMC (1 :1)，充放电电流密度为 0. 2 C ；图3是实施例1所制备的三元体系LiNiv3Mnv3Ccv3A的循环性能曲线，电压范围为 2. 8-4. 5V，电解液为 lmol/L LiPF6/EC_DMC (1 :1)，充放电电流密度为 1.0 C。具体实施例方式实施例1 取11. 63 g硝酸镍、7. 158 g硝酸锰和11. 64 g硝酸钴，溶解于去离子水溶液，金属离子的浓度为2 mol/L，同时加入0.5 g聚丙二醇，以800转/分钟搅拌0. 5小时。在队气氛下向上述溶液中同时滴加含氢氧化锂0.08 mol的水溶液和0.08 mol的尿素水溶液，并以800转/分钟搅拌，保持反应温度45 °C，保持反应体系的pH值10。沉淀形成完后继续保持搅拌2小时。将形成的沉淀及溶液转移到水热釜中，填充度为70 %，在160 ！水热环境下反应12小时后取出沉淀，过滤清洗，滤饼烘干得前驱体氧化镍锰钴。将前驱体与2. 76 g硝酸锂于混料机内混勻，在400 ！预热处理4小时，升温至800 °C煅烧4小时， 冷却研磨后得到纳米级层状结构的LiNi1/3Mni/3COl/302。其平均晶粒在100 nm，在0.2 C充放电条件下，其放电容量在178. 7 mAh/g, 1. 0 C充放电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王萌，陈蕴博，陈林，左玲立，谷亦杰，牟锐，张钊，李青海，林道勇，
申请(专利权)人：机械科学研究总院先进制造技术研究中心，江苏绿科能源有限公司，山东润锋新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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