高压锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法，将含锂化合物，含锰化合物，含镍化合物同时溶解，而不是后加锂源，使锂镍锰三种化合物混合均匀；在加入沉淀剂后，生成的含锰沉淀物为水热过程中进一步的沉淀提供了晶核；控制水热条件可得到不同大小的颗粒，减少金属盐浓度，提高水热温度和延长水热时间，可使产物颗粒尺寸增大；采用不同的添加剂，可得到不同形貌的材料，或制备多孔材料；本方法无过滤、水洗步骤，合成工艺节约环保。本发明专利技术制备的镍锰酸锂材料为尖晶石结构，结晶度高，电化学性能优异，在以1C、2C和5C倍率放电时比容量可达130~142mAh/g、120~135mAh/g、105~120mAh/g。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料
，涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法。
技术介绍
为应对世界性的能源危机，各国政府积极推动以电动汽车为主的新能源汽车的发展。动力电池是电动汽车的重要组成部分.直接影响着电动汽车性能。锂离子电池有工作电压高、无记忆效应、自放电率小、能量密度大和循环寿命长的显著优点，作为动力电池，有广泛的应用前景。在目前的几种主流的 正极材料中，磷酸亚铁锂由于低温性能和批次稳定性无法满足动力电池的需要，锰酸锂较差的高温性能和三元材料的安全性(高镍含量)也无法单独作为动力电池的正极材料。在正极材料中，尖晶石型正极材料LiNia5Mk5O4具有较高放电平台(4.7V)和较高容量(理论比容量146.7 mAh/g)，以及优异的结构稳定性、丰富的资源、廉价的成本以及环境友好等优点。且高温下的循环稳定性也比锰酸锂有了质的提升，并可兼容工作电压较高的负极材料来提高电池安全性能，因此其作为动力电池材料具有广泛的应用前景。LiNi0.5MnL 504有两种空间群，分别为P4S32向Fd3m,其中空间群为Fd3m的LiNi0.5MnL 504_x有更好的电化学性能，特别是在高倍率下循环时有低的阻抗和高的放电容量。制备方法对材料的结构、杂质含量、结晶度、微观形貌、颗粒尺寸、粒径分布等有很大影响，从而影响其性能。目前LiNia^n1.504的制备方法主要有固相法和液相法等。固相法工艺简单，是制备LiNia5Mr^5O4的常用方法，制备工艺简单，将一定比例的固体的锂源、镍源和锰源球磨混合，然后进行煅烧，但此方法制备的材料不均一，颗粒尺寸大。高的焙烧温度会导致如NiO或LixNi1 x0杂质的出现，而调低温度会使产品的结晶度低。液相法包括共沉淀法、溶胶凝胶法和熔盐法等，可以将原料混合均一，制备颗粒尺寸小的LiNia5MnL504材料，但此方法工艺复杂，颗粒尺寸小使其有大的比表面积，与电解液副反应严重。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法，通过锂镍锰的液相混合，实现材料均一，通过控制水热过程，得到适当大小、形貌的前驱体颗粒，烧结得到镍锰酸锂材料。本专利技术按照如下步骤制备锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂: 一、按摩尔比L1:N1:Mn=f1.1:0.5:1.5称锂源、镍源和锰源，溶于去离子水，搅拌均匀得到溶液A ； 二、向溶液A中加入一定量的添加剂，锂盐与添加剂摩尔比为0.广1，搅拌均匀得到溶液B ；三、室温下，在搅拌的同时向溶液B中缓慢滴加一定量的沉淀剂，锂盐与沉淀剂摩尔比为0.f 0.4，得到混合物C ; 四、将混合物C转移到水热反应釜中，在12(T240°C下反应5 15h，然后在6(T80°C下搅拌蒸发，干燥得到前驱体； 五、将前驱体放入马弗炉空气气氛中，在30(T500°C下预烧3 8h，然后升温至70(Γ1000 煅烧8 20 h，以0.5 1°C /min的速度降温，得到镍锰酸锂材料。上述制备方法中，所述的锂源为醋酸锂、硝酸锂、乙醇锂、甲酸锂、碳酸锂中的一种或多种的混合物。上述制备方法中，所述的镍源为醋酸镍、羰基镍、甲酸镍和硝酸镍中的一种或两种的混合物。上述制备方法中，所述的锰源为醋酸锰、甲酸锰和硝酸锰中的一种或两种的混合物。上述制备方法中，所述的添加剂为乙醇、聚乙二醇、草酸、聚丙烯酸、2-乙基乙酸、乙二胺四乙酸、1，2，4-1H-三唑和间苯二酚中的一种或两种的混合物。上述制备方法中，所述的沉淀剂为碳酸氢铵、碳酸铵、尿素和草酸铵中的一种或两种的混合物。本专利技术将含锂化合物，含锰化合物，含镍化合物同时溶解，而不是后加锂源，使锂镍锰三种化合物混合均匀，并且可以准确控制原料比例；在加入沉淀剂后，生成的含锰沉淀为水热过程中进一 步的沉淀提供了晶核；控制水热条件可得到不同大小的颗粒，减小金属盐浓度，提高水热温度和延长水热时间，可使产物颗粒尺寸增大；采用不同的添加剂，可得到不同形貌的材料，或制备多孔材料；本方法无过滤、水洗步骤，合成工艺节约环保。本专利技术制备的镍锰酸锂材料颗粒均匀，为尖晶石结构，结晶度高，电化学性能优异，电压平台在4.7左右，在以1C、2C和5C倍率放电时比容量可达13(Tl42mAh/g、12(Tl35mAh/g和105 120mAh/g，具有良好的倍率性能和循环性能。附图说明图1是本专利技术制备的LiNia5Mnh5O4材料的SEM图。图2是本专利技术制备的LiNitl 5Mn15O4材料的不同倍率下的充放电曲线。图3是本专利技术制备的LiNia^n1.504材料的不同倍率下的循环性能曲线。具体实施例方式具体实施方式一:本实施方式按照如下步骤制备镍锰酸锂材料:称取 0.021mol Li (CH3COO)、0.0lmol Ni (CH3COO) 2 和 0.03mol Mn (CH3COO) 2，溶于 50ml去离子水，搅拌均匀；然后加入IOml无水乙醇，搅拌均匀；在搅拌的同时，缓慢滴加50ml2mol/L的碳酸氢铵溶液。将以上混合物转移至200ml水热反应釜，在180°C下反应5h，然后在80°C下搅拌蒸发，干燥，得到前驱体。将以上前驱体置于马弗炉中，400°C下预烧4h，800°C下煅烧10h，然后以0.5°C /min的速度降温，得到镍锰酸锂材料。如图1-3所示，本实施方式制备的镍锰酸锂材料颗粒大小约为14 111，在以0.2(:、1C、5C 和 15C 放电时比容量可达 140.lmAh/g、138.2mAh/g、118.4mAh/g 和 96.8mAh/g，具有良好的倍率性能和循环性能。具体实施方式二:本实施方式按照如下步骤制备镍锰酸锂材料:称取 0.02ImoI Li (CH3COO)，0.0lmol Ni (CH3COO)2,0.03mol Mn(CH3COO)2,溶于 50ml去离子水，搅拌均匀；然后加入IOml无水乙醇，搅拌均匀；在搅拌的同时，缓慢滴加50ml2mol/L的碳酸氢铵溶液。将以上混合物转移至200ml水热反应釜，在160°C下反应3h，然后在80°C下搅拌蒸发，干燥，得到前驱体。将以上前驱体置于马弗炉中，400°C下预烧3h，800°C下煅烧12h，然后以0.5°C /min降温，得到镍锰酸锂材料，材料颗粒大小约为0.5μπι。在以IC和5C放电时比容量可达142mAh/g和120mAh/g，具有良好的倍率性能和循环性能。具体实施方式三:本实施方式按照如下步骤制备镍锰酸锂材料:称取 0.0lmol Li(CH3C00)，0.005mol Ni (CH3COO) 2，0.015moI Mn (CH3COO) 2，溶于 50ml去离子水，搅拌均匀；加入IOml无水乙醇，搅拌均匀；在搅拌的同时，缓慢滴加50ml lmol/L的碳酸氢铵溶液。将以上混合物转移至200ml水热反应釜，在180°C下反应5h，然后在80°C下搅拌蒸发，干燥，得到前驱体。将以上前驱体置于马弗炉中，400°C下预烧4h，800°C下煅烧10h，然后以0.5°C /min降温，得到镍锰酸锂材料，材料颗粒大小约为2 μ m。在以IC和5C放电时比容量可达135mAh/g和105.5mAh/g， 具有良好的本文档来自技高网...
【技术保护点】
高压锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：一、按摩尔比Li:Ni:Mn=1~1.1:0.5:1.5称锂源、镍源和锰源，溶于去离子水，搅拌均匀得到溶液A；二、向溶液A中加入一定量的添加剂，锂盐与添加剂摩尔比为0.1~1，搅拌均匀得到溶液B；三、室温下，在搅拌的同时向溶液B中缓慢滴加一定量的沉淀剂，锂盐与沉淀剂摩尔比为0.1~0.4，得到混合物C；四、将混合物C转移到水热反应釜中，在120~240℃下反应5~15?h，然后在60~80℃下搅拌蒸发，干燥得到前驱体；五、将前驱体放入马弗炉空气气氛中，在300~500℃下预烧3~8?h，然后升温至700~1000℃煅烧8~20?h，以0.5~1℃/min的速度降温，得到镍锰酸锂材料。
【技术特征摘要】
1.高压锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下: 一、按摩尔比L1:N1:Mn=f1.1:0.5:1.5称锂源、镍源和锰源，溶于去离子水，搅拌均匀得到溶液A ； 二、向溶液A中加入一定量的添加剂，锂盐与添加剂摩尔比为0.广1，搅拌均匀得到溶液B ； 三、室温下，在搅拌的同时向溶液B中缓慢滴加一定量的沉淀剂，锂盐与沉淀剂摩尔比为0.f 0.4，得到混合物C ; 四、将混合物C转移到水热反应釜中，在12(T240°C下反应5 15h，然后在6(T80°C下搅拌蒸发，干燥得到前驱体； 五、将前驱体放入马弗炉空气气氛中，在30(T500°C下预烧:T8h，然后升温至70(Γ1000 煅烧8 20 h，以0.5 1°C /min的速度降温，得到镍锰酸锂材料。2.根据权利要求1所述的高压锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法，其特征在于所述锂源、镍源和锰源的摩尔比为L1:N1:Mn=l.1:0.5:1.5。3.根据权利要求1所述的高压锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：王振波，薛原，金彦章，张音，顾大明，尹鸽平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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