CN104966830B - 一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法及应用，所述方法步骤如下：（1）将棒状二氧化锰与镍源和锂源以摩尔比为Li:Ni:Mn=1~1.1:0.5:1.5在乙醇溶液中采用磁子搅拌混合，并在50~80℃油浴中搅拌烘干，将烘干的粉末研磨；（2）重复步骤（1）三~五次，获得三种成分均匀混合的粉末；（3）将上述获得的粉末混合物放入到刚玉磁舟中，在空气气氛下烧结，烧结温度为700~800℃，烧结时间为12~20小时，烧结结束后自然降温。本发明制备的棒状镍锰酸锂材料的过程中锂源、锰源、镍源混合方式简单，便于操作，而且制备方法操作简单，工艺稳定可靠，重现性好。

Description

一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法及应用
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，涉及一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法及应用。
背景技术
目前的电池几近达到其理论性能，发展有限，不能满足要求，故开发新型锂离子电池是社会发展的必然需求。电池的发展主要取决于电池材料的开发和应用，而对于锂离子电池来说则主要决定于正极材料性能的提高。
自从以 LiCoO2为正极材料、石墨为负极材料的锂离子电池商业化以来，锂离子电池因其高容量、高电压及环境友好等优点而广泛应用于手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备。近年来，随着化石燃料的日益减少及环境问题的日益严峻，锂离子电池在电动汽车和能源储存中的应用越来越受到人们的关注。然而，现有的锂离子电池的能量密度和功率密度依然偏低，其安全性和循环寿命尚未达到未来电动汽车和储能***应用的要求，锂离子电池的能量密度与安全性需要继续改进。提高单电池的输出电压是提高电池能量密度及功率密度的有效途径。汽车制造商希望电池材料科学家针对电动汽车应用开发一种放电平台高、循环性能及倍率性能优异的正极材料。
目前，常用的锂离子电池正极材料包括 LiCoO2、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2及LiFePO4等，具有多锂结构的 Li(LiaCoxNiyMnz)O2 在比容量和能量密度上具有优势，而尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有最高的平均充放电平台，其平均工作电压达 4.7 V，可以提供更高的工作电压以及能量和功率密度，仅次于 Li(LiaCoxNiyMnz)O2材料。
同时尖晶石型 LiNi0.5Mn1.5O4材料具有三维离子扩散通道、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，成为新一代锂离子电池的备选正极材料之一，从而备受各国科研工作者的关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法及应用，该方法简单易行，绿色环保，工艺稳定可靠，重现性好。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法，以纳米棒状二氧化锰为模板，通过液相混合的方式将锰源、镍源、锂源均匀混合，高温烧结后获得具有棒状形貌的镍锰酸锂材料，具体步骤如下：
（1）以棒状二氧化锰、镍源、锂源为原料，以摩尔比为Li:Ni:Mn=1~1.1:0.5:1.5在乙醇溶液中采用磁子搅拌混合，并在50~80℃油浴中搅拌烘干，将烘干的粉末研磨；
（2）重复步骤（1）三~五次，获得三种成分均匀混合的粉末；
（3）将上述获得的粉末混合物放入到刚玉磁舟中，在空气气氛下烧结，烧结温度为700~800℃，烧结时间为12~20小时，烧结结束后自然降温。
上述方法制备的棒状镍锰酸锂材料可以应用于锂离子电池的正极材料。
本发明中，所述棒状二氧化锰采用水热法制备具有棒状结构的二氧化锰，具体步骤如下：称量1.2726g七水合硫酸锰和1.7176g过硫酸铵加入到50ml蒸馏水中，搅拌30min，获得硫酸锰和过硫酸铵浓度都为0.15mol/L。将溶液加入到水热釜中，放到均相反应器中以10℃/min的升温速率升到180℃，在180℃下反应12个小时，将获得的沉淀抽滤烘干，获得棒状二氧化锰材料。
本发明中，采用的镍源为四水合醋酸镍，锂源为二水合醋酸锂。
本发明的优点如下：
（1）本发明制备的棒状镍锰酸锂材料的过程中锂源、锰源、镍源混合方式简单，便于操作。
（2）本发明的棒状镍锰酸锂材料的制备方法操作简单，工艺稳定可靠，重现性好。
（3）本发明以棒状二氧化锰为模板合成了具有一定形貌的棒状镍锰酸锂高压正极材料。
（4）该种合成方式以醋酸盐作为原料，价格低廉。
附图说明
图1为棒状镍锰酸锂的SEM图；
图2为棒状镍锰酸锂的XRD图谱；
图3为棒状镍锰酸锂的Mn元素面扫图；
图4为棒状镍锰酸锂的Ni元素面扫图；
图5为棒状镍锰酸锂材料的0.5C循环性能。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：
（1）纳米棒状二氧化锰的制备
称量1.2726g七水合硫酸锰和1.7176g过硫酸铵加入到50ml蒸馏水中，搅拌30min，获得硫酸锰和过硫酸铵浓度都为0.15mol/L。将溶液加入到水热釜中，放到均相反应器中以10℃/min的升温速率升到180℃，在180℃下反应12个小时，将获得的沉淀抽滤烘干，获得棒状二氧化锰材料。
（2）以棒状二氧化锰为锰源，镍源和锂源混合
以上述获得的二氧化锰醋酸镍和醋酸锂为原料，以Li:Ni:Mn摩尔比为1.1:0.5:1.5称料后，将原料在乙醇溶液中采用磁子搅拌混合，并在80℃油浴中搅拌烘干，将烘干的粉末研磨。
（3）步骤（2）重复三次，即可获得三种成分均匀混合的粉末。
（4）高温烧结制备镍锰酸锂材料
将上述获得的三种成分均匀混合的粉末放入到刚玉磁舟中，在空气气氛下烧结，升温速率为10℃/min，烧结温度为700℃，烧结时间为12小时，烧结结束后自然降温。
图1-4为棒状镍锰酸锂材料的SEM照片以及镍锰元素的面扫照片，可以看到，棒状材料分布较为均匀，并且镍锰元素的分布很均匀。
由图5中电化学循环性能可见，本发明制备的棒状镍锰酸锂材料可以应用于锂离子电池的正极材料，由于该种材料具有较高的电压平台，可以应用于锂离子动力电池，具有良好的循环性能，材料的首次充电容量181.2139 mAh/g ，首次放电容量为122.705首次充放电效率为67.71% ，50次循环之后充电容量为106.86 mAh/g。
实施例2：
（1）纳米棒状二氧化锰的制备
称量1.2726g七水合硫酸锰和1.7176g过硫酸铵加入到50ml蒸馏水中，搅拌30min，获得硫酸锰和过硫酸铵浓度都为0.15mol/L。将溶液加入到水热釜中，放到均相反应器中以10℃/min的升温速率升到180℃，在180℃下反应12个小时，将获得的沉淀抽滤烘干，获得棒状二氧化锰材料。
（2）以棒状二氧化锰为锰源，镍源和锂源混合
以上述获得的二氧化锰醋酸镍和醋酸锂为原料，以Li:Ni:Mn摩尔比为1:0.5:1.5称料后，在乙醇溶液中采用磁子搅拌混合，并在80℃油浴中搅拌烘干，将烘干的粉末研磨。
（3）步骤（2）重复四次，即可获得三种成分均匀混合的粉末。
（4）高温烧结制备镍锰酸锂材料
将上述获得的三种成分均匀混合的粉末放入到刚玉磁舟中，在空气气氛下烧结，升温速率为10℃/min，烧结温度为700℃，烧结时间为12小时，烧结结束后自然降温。

Claims (2)

1.一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：
（1）称量1.2726g七水合硫酸锰和1.7176g过硫酸铵加入到50ml蒸馏水中，搅拌30min，获得硫酸锰和过硫酸铵浓度都为0.15mol/L的溶液；将溶液加入到水热釜中，放到均相反应器中以10℃/min的升温速率升到180℃，在180℃下反应12个小时，将获得的沉淀抽滤烘干，获得棒状二氧化锰材料；
（2）将棒状二氧化锰与四水合醋酸镍和二水合醋酸锂以摩尔比为Li:Ni:Mn=1~1.1:0.5:1.5在乙醇溶液中采用磁子搅拌混合，并在50~80℃油浴中搅拌烘干，将烘干的粉末研磨；
（3）重复步骤（2）三~五次，获得三种成分均匀混合的粉末；
（4）将步骤（3）获得的粉末放入到刚玉磁舟中，在空气气氛下烧结，烧结温度为700~800℃，烧结时间为12~20小时，烧结结束后自然降温。
2.权利要求1所述方法制备的棒状镍锰酸锂材料在锂离子电池的正极材料中的应用。
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