一種鍶鹽摻雜鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料制備方法
【專利說明】
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鍶鹽摻雜鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料制備方法。
[0002]【【背景技術(shù)】】
尖晶石型鎳錳酸鋰是在尖晶石型錳酸鋰基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與錳酸鋰一樣是具有三維鋰離子通道的正極材料，可逆容量為146.7mAh/g，與錳酸鋰的相差不大，但電壓平臺為4.7-5.1V左右，比錳酸鋰的4V電壓平臺要高出20%以上，且高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性也比原有的錳酸鋰有了質(zhì)的提升。在鋰離子電池充放電循環(huán)過程中，鎳錳酸鋰材料中Mn3+離子易溶解于離子型的有機(jī)電解液溶中，導(dǎo)致材料的導(dǎo)電性能差、利用率低、阻礙了鋰離子的擴(kuò)散慢，由此導(dǎo)致電池的可逆性能比較差、循環(huán)過程中容量保持率低、高溫下或者大倍率下的循環(huán)性能差等問題。通常的解決方法之一，在鎳錳酸鋰材料中摻雜與Li+、Ni2+、Mn4+、02-等離子作用力更強(qiáng)的其他離子占據(jù)相應(yīng)位置，與O結(jié)合形成比Mn-O鍵能更穩(wěn)定的化學(xué)鍵來穩(wěn)定鎳錳酸鋰晶格結(jié)構(gòu)，有效地抑制因Mn3+溶解于電解液使鎳錳酸鋰晶格塌陷的問題，從而可以提高電池的可逆性能和循環(huán)過程中容量保持率；其解決方法之二，在鎳錳酸鋰材料的表面包覆一層與電解液直接接觸的保護(hù)材料，可有抑制高價(jià)態(tài)的金屬離子對電解液的氧化作用，使得電解液更加穩(wěn)定，還能在一定的程度上阻止Mn3+的溶出，起到保護(hù)材料穩(wěn)定性作用的同時(shí)，還能夠提高材料的導(dǎo)電性、高溫下或者大倍率下的循環(huán)過程中的穩(wěn)定性能和容量保持率。
[0003]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在如下不足之處:
1、不能有效解決錳離子的溶解，從而導(dǎo)致電池循環(huán)性能較差；
2、摻雜的其它元素離子，如Cr、Co、Fe等，由于離子價(jià)態(tài)在電池的氧化還原電化學(xué)反應(yīng)過程中變化較大，且不同價(jià)態(tài)的離子半徑差異較大，易導(dǎo)致循環(huán)過程中的晶格畸變，從而使電池性能整體變差；
3、對尖晶石結(jié)構(gòu)的鎳錳酸鋰進(jìn)行表面包覆，包覆層所包覆的區(qū)域大小以及包覆層的厚度均勻性不一。
[0004]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
本發(fā)明的目的在于提供一種鍶鹽摻雜鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中工藝復(fù)雜，操作難，能耗高，成本高，所得產(chǎn)品電學(xué)特性較差的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種鍶鹽摻雜鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料制備方法，所述方法包括如下步驟:
A、原料的準(zhǔn)備:將鋰鹽材料、錳鹽材料、鎳鹽材料和鍶鹽材料，按鋰鹽:錳鹽:鎳鹽:鍶鹽=10-30%:20-60%:20-40%:2-10%的質(zhì)量百分比準(zhǔn)確稱量，分別溶于300_500ml去離子水或酸中得到相應(yīng)的鋰鹽溶液、錳鹽溶液、鎳鹽溶液和鍶鹽溶液；
B、反應(yīng)合成:將鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、鍶鹽溶液，按錳鹽、鎳鹽、鋰鹽、鍶鹽的順序放入容器中，高速攪拌3-6個(gè)小時(shí)直至溶液出現(xiàn)絮狀產(chǎn)物，再用超聲波震動(dòng)直至絮狀產(chǎn)物粘稠度一樣，使絮狀產(chǎn)物形成均一的狀態(tài)，將絮狀混合溶液移至反應(yīng)釜中，在溫度為180-300°C、壓力為0.5-2MPa的環(huán)境下恒溫反應(yīng)12-18小時(shí)，然后自然冷卻到室溫，將反應(yīng)釜中的產(chǎn)物先用去離子水后用無水乙醇洗滌，重復(fù)洗滌3-5次，得到產(chǎn)物A ;
C、高溫?zé)Y(jié):將產(chǎn)物A在真空干燥箱中80-150°C恒溫干燥6-12小時(shí)，得到干燥產(chǎn)物B，再將產(chǎn)物B放入氣氛爐中，在750°C恒溫，氧氣流量0.1-0.5L/min的環(huán)境下氧化煅燒4_8小時(shí)，最終得到摻雜有鍶的尖晶石結(jié)構(gòu)的鎳錳酸鋰。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:步驟A中所述鋰鹽材料為金屬鋰、氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、硫酸鋰、硝酸鋰中的一種或多種，所述錳鹽材料為金屬錳、氧化錳、碳酸錳、醋酸錳、氫氧化錳、氯化錳、硫酸錳、硝酸錳中的一種或多種，所述鎳鹽材料為金屬鎳、氧化鎳、碳酸鎳、醋酸鎳、氫氧化鎳、氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳中的一種或多種，所述鍶鹽材料為金屬鍶、氧化鍶、乙酸鍶、氯化鍶、硫酸鍶、硝酸鍶中的一種或多種。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明產(chǎn)物是三元金屬氧化物新正極材料，該材料與Li或C組成鋰離子電池，具有較高的比容量、高倍率特性和良好的循環(huán)性能；且該材料的電學(xué)特性一致性較好，工藝簡單，成本較低，無需復(fù)雜昂貴的制備設(shè)備。
[0008]【【附圖說明】】
圖1是本發(fā)明所述一種鍶鹽摻雜鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料一較佳實(shí)施的XRD
圖；
圖2是本發(fā)明所述一種鍶鹽摻雜鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料一較佳實(shí)施的SEM
圖；
圖3是本發(fā)明所述一種鍶鹽摻雜鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料一較佳實(shí)施的充放電測試圖。
[0009]【【具體實(shí)施方式】】
下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0010]一種鍶鹽摻雜鎳錳酸鋰的鋰離子電池正極材料制備方法，所述方法包括如下步驟:
A、原料的準(zhǔn)備:將鋰鹽材料、錳鹽材料、鎳鹽材料和鍶鹽材料，按鋰鹽:錳鹽:鎳鹽:鍶鹽=10-30%:20-60%:20-40%:2-10%的質(zhì)量百分比準(zhǔn)確稱量，分別溶于300_500ml去離子水或酸中得到相應(yīng)的鋰鹽溶液、錳鹽溶液、鎳鹽溶液和鍶鹽溶液；
B、反應(yīng)合成:將鋰鹽、錳鹽、鎳鹽、鍶鹽溶液，按錳鹽、鎳鹽、鋰鹽、鍶鹽的順序放入容器中，高速攪拌3-6個(gè)小時(shí)直至溶液出現(xiàn)絮狀產(chǎn)物，再用超聲波震動(dòng)直至絮狀產(chǎn)物粘稠度一樣，使絮狀產(chǎn)物形成均一的狀態(tài)，將絮狀混合溶液移至反應(yīng)釜中，在溫度為180-300°C、壓力為0.5-2MPa的環(huán)境下恒溫反應(yīng)12-18小時(shí)，然后自然冷卻到室溫，將反應(yīng)釜中的產(chǎn)物先用去離子水后用無水乙醇洗滌，重復(fù)洗滌3-5次，得到產(chǎn)物A ;
C、高溫?zé)Y(jié):將產(chǎn)物A在真空干燥箱中80-150°C恒溫干燥6-12小時(shí)，得到干燥產(chǎn)物B，再將產(chǎn)物B放入氣氛爐中，在750°C恒溫，氧氣流量0.1-0.5L/min的環(huán)境下氧化煅燒4_8小時(shí)，最終得到摻雜有鍶的尖晶石結(jié)構(gòu)的鎳錳酸鋰。
[0011]步驟A中所述鋰鹽材料為金屬鋰、氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、硫酸鋰、硝酸鋰中的一種或多種，所述錳鹽材料為金屬錳、氧化錳、碳酸錳、醋酸錳、氫氧化錳、氯化錳、硫酸錳、硝酸錳中的一種或多種，所述鎳鹽材料為金屬鎳、氧化鎳、碳酸鎳、醋酸鎳、氫氧化鎳、氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳中的一種或多種，所述鍶鹽材料為金屬鍶、氧化鍶、乙酸鍶、氯化鍶、硫酸鍶、硝酸鍶中的一種或多種。
[0012]在本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例中:將氧化鋰、醋酸錳、氧化鎳、氧化鍶按氧化鋰:醋酸錳:氧化鎳:氧化鍶=20%: