一种具有薄片状微观形貌的镍锰酸锂正极材料的制备方法

摘要

本发明是一种具有薄片状微观形貌的镍锰酸锂正极材料的制备方法，其步骤是：原料溶液配置：根据LiNi

说明书

技术领域

本发明是一种具有薄片状微观形貌的镍锰酸锂正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

当前，混合动力汽车和电动汽车用锂离子电池受正极材料的能量密度和功率密度影响较大，LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有~130mAh/g的比容量和将近4.7V的高电压平台，是一种有潜在应用前景的锂离子电池正极材料。但是，LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料要在高功率锂离子电池体系中应用，倍率性能仍要提高。制备具有特殊形貌的、疏松多孔结构的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料能获得较好的倍率性能，目前常用的制备具有特殊形貌的疏松多孔结构LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的方法主要是自牺牲模板法等，但此方法存在以下缺陷：

（1）溶胶-凝胶法能获得分散性好、均一性好的具有纳米级颗粒的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，但工艺过程复杂、添加剂多、制备时间长，不易制备出具有特殊形貌的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。

（2）自牺牲模板法通过水热法、热分解法等制备出具有纳米线、纳米棒、中空球等微观形貌的锰基氧化物、氢氧化物或碳酸盐，再以此为形貌控制物，添加锂盐和镍盐来制备具有纳米线、纳米棒、中空球等微观形貌的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。自牺牲模板法能够制备出具有特殊疏松多孔形貌的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，能改进该类材料的倍率性能。但此方法步骤多、时间长，限制了其发展。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提出一种具有薄片状微观形貌的镍锰酸锂正极材料的制备方法，该方法以滤纸为形貌控制物，能够得到具有薄片状微观形貌的镍锰酸锂正极材料，滤纸无需后续处理，工艺简单、作业少，效果好。

本发明的目的通过如下手段来实现：

一种具有薄片状微观形貌的镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）原料溶液配置：根据LiNi_0.5Mn_1.5O₄化学计量比称取可溶性锂盐、锰盐和镍盐溶于去离子水中形成均匀溶液，金属离子总浓度为0.3-3M；

（2）溶液浸入：将滤纸完全浸入到步骤（1）的溶液中，控制温度30-90^oC，浸入时间为0.1-24小时，浸入后过滤；

（3）样品固化：将步骤（2）所得的吸收了原料溶液的滤纸在100-300^oC下加热固化得到前驱体；

（4）样品焙烧：将前驱体在400-900^oC下焙烧后炉冷或空冷得到微观形貌为薄片状的镍锰酸锂正极材料。

步骤（1）中所述的可溶性锂盐、锰盐和镍盐为硝酸盐、醋酸盐或草酸盐中的一种或几种。

步骤（2）所述的滤纸为纸浆类纤维素定量滤纸。

步骤（3）的加热时间为0.1-10小时。

步骤（4）对前驱体的焙烧时间控制在0.5-48小时。

本发明通过滤纸作为形貌控制物，原料溶液在浸入滤纸的过程中被滤纸吸收，受到滤纸层片状结构的制约，固化时，原料只能在滤纸的空间结构中反应，“复制”了滤纸的微观形貌结构。在高温焙烧的过程中，滤纸被氧化去除，原料固化产物生成了具有“复制”滤纸结构的薄片状产物。

本发明的有益效果为：

（1）滤纸直接作为微观形貌控制物，在固化过程中起到控制形貌的作用，在焙烧时自动除去，无需像自牺牲模板法一样要另外制备具有特殊形貌的前驱体，故工艺流程简单；

（2）以滤纸为微观形貌控制物所制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料具有薄片状的微观形貌，且产物颗粒小、分散性好，可以改善材料的倍率性能，如图2所示，10C倍率下该方法制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料仍具有98mAh/g的放电比容量。

附图说明

图1为实施例样1合成样品的扫描电子显微镜图。

图2为实施例样1合成样品在不同倍率下的放电比容量图。

具体实施方式

下面用实例进一步说明本发明。

实施例1

将硝酸锂、醋酸锂、硝酸锰、醋酸锰、硝酸镍、醋酸镍（Li:Mn:Ni＝1:1.5:0.5（摩尔比））按硝酸盐：醋酸盐=1：1（摩尔比）的比例在去离子水中溶解，控制金属离子总浓度为1.5M。之后将滤纸切成边长为2cm的方块后完全浸入到原料溶液中，加热到60℃保持1小时，过滤。将过滤产物放入烘箱中，在150℃下加热固化2小时，之后将固化产物移入马弗炉中，在700℃下焙烧2小时，炉冷，即得样品1。

实施例2

将硝酸锂、醋酸锂、硝酸锰、醋酸锰、硝酸镍、醋酸镍（Li:Mn:Ni＝1:1.5:0.5（摩尔比））按硝酸盐：醋酸盐=0.5:1（摩尔比）的比例在去离子水中溶解，控制金属离子总浓度为1M。之后将滤纸切成边长为2cm的方块后完全浸入到原料溶液中，加热到60℃保持1小时，过滤。将过滤产物直接放入预设温度为750℃的马弗炉中焙烧2小时，空冷，即得样品2。

表1实施例样品的电池性能测试数据表（0.5C充电，1C放电）

图1为实施例样1合成样品的SEM图。从图中可以看出，所制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料在5000倍放大倍数下呈现出薄片状的微观形貌，该薄片由一层或几层微小颗粒组成，显示了本方法所制备材料的微观形貌典型特征。

图2为实施例样1合成样品在不同倍率下的放电比容量图，在这里1C代表150mA/g的电流密度。从图2可以看出，实施例样1在不同的倍率下，容量的保持率较好，甚至在10C倍率下该方法制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料仍具有98mAh/g的放电比容量。