、其制備方法及應(yīng)用
【專利說明】尖晶石相包覆的富裡材料L i1.87MnG.94N i G.19O3、其制備方法及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種尖晶石相包覆的富鋰材料Lh.87Mn0.94N1.1903、其制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著能源環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，以及電子產(chǎn)品輕型化的要求，人們對鋰離子電池的研究不斷深入。
[0003]目前，鋰離子動(dòng)力電池的正極材料主要采用錳酸鋰、磷酸鐵鋰或多元氧化物正極材料，但是材料克容量低，高倍率下循環(huán)穩(wěn)定性差、儲(chǔ)存性能差，還需要繼續(xù)改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種尖晶石相包覆的富鋰材料Lh.87Mn0.94N1.1903、其制備方法及其應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種尖晶石相表面包覆的富鋰材料Lh.87Mn0.94N1.1903，包括富鋰材料以及包覆在富鋰材料外層的尖晶石相包覆層;所述富鋰材料由Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素組成，所述Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素的摩爾比為1.87:0.94:0.19:3;所述尖晶石相包覆層為猛尖晶石。
[0006]作為優(yōu)選方案，所述尖晶石相包覆層的厚度為2-2.5nm。
[0007]所述尖晶石相表面包覆的富鋰材料Li1.S7Mn0.94NiQ.1903的制備方法，包括步驟:
1)配制硝酸錳和硝酸鎳的混合溶液，硝酸錳與硝酸鎳的摩爾比為4.9-5.1:1，混合溶液中錳離子和鎳離子的總濃度為0.2-0.25mol/L；
2)向混合物中逐漸加入碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液的濃度為0.2-0.25mol/L，所加碳酸溶液中碳酸根的摩爾數(shù)與錳離子和鎳離子摩爾數(shù)總和相等；
3)攪拌15-25小時(shí)，得到鎳和錳的混合碳酸鹽沉淀物；
4)分離出混合碳酸鹽沉淀物，于105-120°C下干燥20-28小時(shí)，然后在空氣氣氛中，470-530 0C下燒結(jié)4-6小時(shí)，得到鎳和錳的混合氧化物；
5)將鎳和錳的混合氧化物與氫氧化鋰按照質(zhì)量比1:1.078-1.122均勻混合，然后于850-950°C下，在空氣氣氛中燒結(jié)11-13小時(shí)，得富鋰材料LiL87MntL94NitL19O3;
6)醋酸錳與富鋰材料LinMntx94NitL19O3在乙醇中混合，超聲20-40分鐘；其中醋酸錳與富鋰材料LiL87MntL94NitL19O3的摩爾比為1:14-16;
7)研磨干燥，然后繼續(xù)添加乙醇，再研磨干燥，依此循環(huán)8-12次；
8)在空氣氛圍中，于700-800°C下燒結(jié)4-6小時(shí)，得尖晶石相表面包覆的富鋰材料
Li1.87Mn0.94N1.1903o
[0008]作為優(yōu)選方案，步驟I)中，硝酸錳與硝酸鎳的摩爾比為5:1。
[0009]作為優(yōu)選方案，步驟2)中，碳酸鈉溶液的濃度與錳離子和鎳離子的總濃度相等。
[0010]作為優(yōu)選方案，步驟4)中，空氣氣氛中，5000C下燒結(jié)5小時(shí)。
[0011 ]作為優(yōu)選方案，步驟5)中，空氣氣氛中，9000C下燒結(jié)12小時(shí)。
[0012]作為優(yōu)選方案，步驟6)中，醋酸錳與富鋰材料Li!.S7Mn0.94Niο.1903的摩爾比為1: 15。
[0013]作為優(yōu)選方案，步驟8)中，在空氣氛圍中，于750°C下燒結(jié)5小時(shí)。
[0014]所述尖晶石相表面包覆的富裡材料1^1.87]/[11().94祖().1903作為裡尚子電池正極材料的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明提供了一種作為鋰電池正極的新材料，即，尖晶石相表面包覆的富鋰材料山.87111().94附().1903。該材料的制備方法簡單，條件溫和可控，包覆均勻，包覆厚度為2-2.5納米。
[0016]本發(fā)明得到的尖晶石相表面層可以有效的減緩電解液和富鋰正極材料的直接接觸，減少電解液對富鋰材料表面的破壞，從而提高材料在IC高倍率下的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0017]尖晶石相表面包覆的富裡材料1^1.87]/[11().94祖().1903作為正極材料時(shí)，可以進(jìn)一步提升紐扣鋰電池1C(250毫安每克)高倍率下的穩(wěn)定性，同時(shí)保證較高的比容量。目前IC倍率下穩(wěn)定循環(huán)性能提尚到了200次以上，同時(shí)保持容量在180暈安時(shí)每克左右。
[0018]另外，尖晶石相表面包覆的富裡材料1^1.87]/[11().94祖().1903作為正極材料時(shí)，紐扣裡電池0.1C倍率下，第一個(gè)循環(huán)放電比容量為105毫安時(shí)每克；而未包覆的富鋰材料Li1.87Mn0.94N1.19O3作為正極材料時(shí)，紐扣鋰電池在0.1C倍率下，第一個(gè)循環(huán)放電比容量為76毫安時(shí)每克;前者的首次放電比容量高。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明尖晶石相表面包覆的富鋰材料Li1.87Mn0.94N1.1903的透射電鏡(TEM)圖；
圖2為本發(fā)明尖晶石相表面包覆的富鋰材料Li1.87Mn0.94N1.1903的另一透射電鏡(TEM)
圖；
圖3為尖晶石相表面包覆的富裡材料1^1.87]/[11().94祖().1903作為正極材料時(shí)，紐扣裡電池在0.1C和IC時(shí)，循環(huán)次數(shù)與放電比容量的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
一種尖晶石相表面包覆的富鋰材料Lh.wMn0.1MN1.^Os，包括富鋰材料以及包覆在富鋰材料外層的尖晶石相包覆層;所述富鋰材料由Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素組成，所述Li元素、Mn元素、Ni元素和O元素的摩爾比為1.87:0.94:0.19:3;所述尖晶石相包覆層為猛尖晶石。[0022 ] 所述尖晶石相表面包覆的富鋰材料Li ι.87Mn0.94N1.19Ο3的制備方法，包括步驟:
1)配制硝酸錳和硝酸鎳的混合溶液10ml，硝酸錳與硝酸鎳的摩爾比為5:1，混合溶液中錳離子和鎳離子的總濃度為0.2mo I/L ；
2)向混合物中逐漸加入10ml碳酸鈉溶液，碳酸鈉溶液的濃度為0.2mol/L;
3)攪拌20小時(shí)，得到鎳和錳的混合碳酸鹽沉淀物；
4)分離出混合碳酸鹽沉淀物，于110°C下干燥24小時(shí)，然后在空氣氣氛中，500°C下燒結(jié)5小時(shí)，得到鎳和錳的混合氧化物；
5)將鎳和錳的混合氧化物與氫氧化鋰按照質(zhì)量比1:1.1均勻混合，然后于900°C下，在空氣氣氛中燒結(jié)12小時(shí)，得富鋰材料LiL^Mn0.1MN1.wOs;
6)醋酸錳與富鋰材料LiL87Mn0.94N10.19O3在乙醇中混合，超聲30分鐘；其中醋酸錳與富鋰材料Li1.87MnQ.94NiQ.1903的摩爾比為1:15 ；
7)研磨干燥，然后繼續(xù)添加乙醇，再研磨干燥，依此循環(huán)10次；
8)在空氣氛圍中，于750°C下燒結(jié)5小時(shí)，得尖晶石相表面包覆的富鋰材料
Li1.87Mn0.94N1.1903o
[0023]其中，步驟5)中，鋰過量，以補(bǔ)充其高溫下的揮發(fā)。
[0024]如圖1、圖2所示，沿著不同的晶面均可以看到材料表面大約2-2.5納米厚的一層晶體，其晶格與體相的晶格排列以及晶面間距有明顯差別，也就是說，表面尖晶石相包覆層的厚度大約為2-2.5納米。
[0025]以尖晶石相表面包覆的富裡材料Li1.87Mn0.94N1.19O3作為正極材料，制成裡尚子紐扣電池，并進(jìn)行性能測試。
[0026]如圖3所不，尖晶石相表面包覆的富裡材料Li1.87Mn0.94N1.19O3作為正極材料時(shí)，可以進(jìn)一步提升紐扣鋰電