一种倒角单晶镍锰酸锂正极材料的制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116005243A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202211612507.3(22)申请日2022.12.14(71)申请人桂林理工大学地址541004广西壮族自治区桂林市七星区建干路12号(72)发明人杨建文王梦雯吴金梅郑家炜李盛贤黄斌姜吉琼(51)Int.Cl.C30B1/02(2006.01)H01M4/505(2010.01)H01M4/525(2010.01)C30B1/10(2006.01)C30B29/22(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种倒角单晶镍锰酸锂正极材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种倒角单晶镍锰酸锂正极活性材料的制备方法。以微量钛元素部分取代镍锰酸锂中的锰元素，采用传统固相反应法制得具有倒角八面体形貌特征的高性能、尖晶石结构单晶镍锰酸锂正极活性材料。在25℃下，该材料0.2C电流倍率的放电比容量可达139.8mAh/g，初始充放电效率可达87.3％；1C电流倍率的比容量可达134.4mAh/g，充放电循环200周后的容量保持率可达96.8％。在55℃下，其1C电流倍率的比容量可达135.2mAh/g，充放电循环100周后容量保持率可达82.5％。本发明提供的倒角八面体单晶镍锰酸锂正极活性材料制备方法具有工艺简单，原料成本低，产物纯度高，电化学性能优异等特点，具有良好的应用推广价值。CN116005243ACN116005243A权利要求书1/1页1.一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于以微量钛元素取代部分锰元素，通过固相反应法制备倒角八面体单晶镍锰酸锂正极活性材料；所述倒角八面体单晶镍锰酸锂正极活性材料制备方法的锂、镍、锰、钛源的配料化学计量比为1.05︰0.5︰(1.5‑x)︰x，其中0.01<x<0.1。2.根据权利要求1所述的一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，具体特征在于：(1)将市售分析纯化学试剂氧化镍(NiO)、二氧化锰(MnO2)、二氧化钛(TiO2)充分混合，在500～700℃下焙烧10～300min；(2)将步骤(1)之焙烧产物与市售分析纯碳酸锂(Li2CO3)充分混合，在空气或氧气气氛中于700～850℃下焙烧8～30h；(3)在步骤(2)之后将焙烧温度降低至400～700℃，保温2～24h，降温至50℃左右，出料，研磨，得到倒角八面体单晶镍锰酸锂正极活性材料。3.根据权利要求1所述的一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，制备镍锰酸锂正极材料采用的原料：所述氧化镍也可以是其它化合物镍源；所述二氧化锰也可以是其它化合物锰源；所述二氧化钛也可以是其它化合物钛源；所述碳酸锂也可以是其它化合物锂源。2CN116005243A说明书1/4页一种倒角单晶镍锰酸锂正极材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种镍锰酸锂正极材料技术领域，特别是涉及一种用微量钛元素取代锰元素，通过固相反应制备倒角单晶镍锰酸锂正极材料的方法。背景技术[0002]锂离子电池综合性能优异，在便携电子产品中已经得到了广泛应用。随着电动汽车、可再生能源和智能电网等储能应用需求的快速增长，锂离子电池在能量密度、制造成本和安全性能等方面存在的不足亟待改进。正极活性材料是决定锂离子电池进一步发展的关键。目前，商业化的动力和储能用锂离子电池正极材料主要为锂镍钴锰氧化物、磷酸铁锂等。其中，前者具有比容量高(达200mAh/g)、比能量高、低温性能好等优点，但是其成本偏高，且存在较高的安全隐患；后者原料丰富，制造成本低，安全性能好，但是其比能量较小(理论值比容量175mAh/g，电位3.4Vvs.Li/Li+)，且低温性能差。因此，研究开发新型高性能正极活性材料，仍然是锂离子电池发展的紧迫任务。[0003]镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)正极活性材料的理论比容量为146.7mAh/g，脱嵌锂反应电位为4.7V(vs.Li/Li+)，比能量可达650Wh/kg，并具有大倍率性能优异、安全性能好、高低温性能好、原料成本低、环境友好等优势，是很有希望的下一代锂离子电池正极活性材料。但是，镍锰酸锂正极材料因脱嵌锂电位较高而导致其与电解液之间的副反应较严重。同时，由于该材料存在Jahn–Teller效应和LixNi1‑xO杂质相，导致生成对电池电化学性能极为不利的Mn3+。为了改善镍锰酸锂正极材料的电化学性能，科研人员在改进其制备方法、元素化学掺杂和表面改性等方面开展了大量工作，并取得了显著进展。但是，镍锰酸锂正极材料在充放电循环稳定性和高温稳定性等方面仍然难以满足应用要求。因此，研究开发高性能镍锰酸锂正极活性材料，对促进动力和储能型锂离子的发展具有现实意义。发明内容[0004]本发明的目的在于提供