本专利涉及锂离子电池，特指一种动力电池用高性能纳米级镍锰酸锂正极材料LiNixMn2-xO2(0<x<1)的制备方法其制备步骤如下：将含镍源化合物和锰源化合物按化学计量比先混合均匀溶于去离子水中，加入定量复合模板剂后再滴加沉淀剂和络合剂，搅拌一段时间后放入水热釜中反应，反应后悬浊液再通过离心分离，以去离子水分别洗涤2-3次，烘干得到粉末，将粉末与锂源化合物均匀混合后煅烧冷却得到最终产品。本发明专利技术主要解决了目前镍锰酸锂制备方法所需煅烧温度高、煅烧时间长、颗粒尺寸大的缺点，制备的镍锰酸锂材料颗粒尺寸细小、比容量高且具有优良的电化学性能，非常适合在动力电池中的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利涉及锂离子电池，特指一种动力电池用高性能纳米级镍锰酸锂正极材料LiNixMn2_x02 (0〈χ〈1)的制备方法，属于二次电池材料制备领域。
技术介绍
锂离子电池是伴随发展起来的一种新型化学能源，由于其具有较高的能量密度、环境友好、无记忆效应等优点而被誉为“绿色能源”；美国USABC (US Advanced BatteryConsorium)将锂离子电池作为电动汽车的重要电源进行开发，法国SAFT公司致力于LiNi02和LiNixMyO2正极材料的研发，以提高电池能量和降低成本，并预言锂离子电池是21世纪新卫星计划中的首选电源系统；正极材料是提高锂离子电池性能的关键，在锂离子二次电池中，钴酸锂不适用，因为它存在大电池的热失控风险和成本高等问题，层状锰酸锂具有低成本、环保、充电态安全等优点，但其能量密度低、循环性能差、碳作负极时的Mn溶解问题突出；磷酸铁锂可降低成本、具有高充电稳定性和安全性等优势，但能量密度低、电子导电性差、制备工艺复杂，有待进一步改进；LiNixMn2_x02(0〈X〈l)是一种具有C1-NaFeO2结构的层状材料，在LiNixMrvxO2 (0<χ<1)中，Ni和Mn的平均氧化价态分别是+2和+4，在充放电过程中Mn是非活性的，保持+4价不变，由于材料中Mn —直以+4价存在，因此抑制了John-Teller效应的发生，从而维持了结构的稳定性，所以这种材料在较大电压范围充放电时仍然具有很高的可逆容量、良好的循环性。目前，LiNixMn2_x02(0<χ<1)的合成方法很多，固相法、溶胶凝胶法、冷冻干燥法、共沉淀法等；固相法由于工艺简单，成本低廉，广泛应用于锂离子电池正极材料的制备，然而由于LiNixMrvxO2 (0〈x〈I)本身的特性，传统固相法制备高电化学活性的LiNixMn2_x02 (0〈χ〈1)比较困难；溶胶凝胶法、冷冻干燥法合成材料的性能要比高温固相法合成的好，但存在产品一致性差、成本高等缺点，不适合产业化生产；氢氧化物共沉淀法是目前最常用的合成LiNixMrvxO2 (0〈χ〈1)的方法，优点是Ni和Mn的分布非常均匀，因此制得的LiNixMn2_x02 (0<χ<1)具有较好的晶形和电化学性能，但该方法存在合成温度很高(超过900°C)、煅烧时间过长(15?25h)、材料成本高以及颗粒尺寸较大的缺点；同时，研究表明，颗粒粒径对电极材料的电化学容量有较大的影响，颗粒粒径越小，Li+的固相扩散路程就越短，活性物质与电解液的接触面积就越高，从而材料的导电性和电化学容量就越高。
技术实现思路
本专利技术为一种动力电池用高性能纳米级镍锰酸锂正极材料LiNixMn2_x02 (0<χ<1)的制备方法，其制备工艺如下: (I)将镍源化合物和锰源化合物按化学计量比混合溶入去离子水中，其中元素Ni =Mn的摩尔比是X:2-χ, (0〈χ〈1)。(2)将步骤(I)中混合溶液与复合模板剂混合，混合溶液中摩尔比组成Ni =Mn:复合模板剂=X:2-x:0.1?4 (0〈χ〈1),所述复合模板剂为两种或两种以上能够发生共聚反应的表面活性剂物质，更有效的控制粒径的大小。(3)向步骤(2)中混合溶液中滴加沉淀剂和络合剂，恒温搅拌。(4)将步骤(3)中混合溶液转入高温密闭的水热釜中反应，反应后悬浊液再通过离心分离、洗涤、烘干后得到镍锰酸锂前驱体。(5)将得到的前驱体与锂源化合物按计量比混合放入高温管式炉中，在非还原气氛中煅烧，随炉冷却到室温，即得到纳米级镍锰酸锂正极材料。所述步骤3中的搅拌指以500?1500转/分钟的转速，在60°C恒温搅拌2?4h。所述步骤4中的反应指180°C_300°C反应6_20小时。[0011 ] 所述步骤5中的煅烧指:以I?20°C/min的升温速率至200?400°C之间预烧2?10小时，以I?40°C/min的升温速率至600?900°C之间焙烧5?10小时。所述步骤I中的镍源化合物为硝酸镍、乙酸镍、醋酸镍、硫酸镍和草酸镍中的一种。所述步骤I中的锰源化合物为硝酸锰、硫酸锰、草酸锰、醋酸锰和乙酸锰中的一种。所述步骤5中的锂盐为磷酸锂、氢氧化锂、硫酸锂、硝酸锂和碳酸锂中的一种。所述步骤2中的复合模板剂选自丙二醇、丁二醇、异丙醇、乙基磷酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯醚、聚乙烯醚、聚苯乙烯、碳纳米管、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇辛基苯基醚和十六烷基三甲基溴化铵中的两种，其摩尔比比例为y:(l-y)，0〈y〈l。 所述步骤3中的络合剂为氨水，其用量为镍源化合物和锰源化合物总物质的量的1%-15%，氨水浓度 2 ?10mol/L。所述步骤3中的沉淀剂为氢氧化钠，其用量为镍源化合物和锰源化合物总物质的量的 2%-20%。所述步骤5中的非还原气氛为氮气、氩气、氧气、空气或为两种以上按任意比例的混合物。本专利技术特点是:有效的降低了合成温度和烧结时间，合成温度不超过900 ，烧结时间5?10小时，从而抑制纳米颗粒的长大，适合产业化生产；通过采用复合模板剂，使得产物形貌规则均匀，颗粒更加细小，颗粒平均粒径100-500nm，具有极好的电化学性能。【附图说明】图1、实施I中所得LiNixMn2_x02 (0〈x〈I)的扫描电镜照片。图2、实施I中所得LiNixMn2_x02 (0〈x〈I)的首次充放电曲线。图3、实施I中所得LiNixMn2_x02 (0〈x〈I)在IC放电倍率下的循环曲线。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例一: (I)按N1:Mn摩尔比为0.5:1.5配比，取5.82g硝酸镍和10.738g硝酸锰混合后溶入50ml去离子水中。(2)向步骤(I)溶液中加入0.2g异丙醇和0.16g聚乙二醇辛基苯基醚。(3)向步骤(2)中溶液同时滴加2mol/L氨水30ml和0.06mol的氢氧化钠，以1000转/分钟搅拌，60°C恒温搅拌4h。(4)将步骤(3)中混合溶液转入水热釜中，200°C反应16小时，通过离心分离，以去离子水分别洗涤3次，烘干后得到镍锰酸锂前驱体。(5)将得到的前驱体与1.32g硝酸锂混合均匀，放入高温管式炉中，在空气气氛中，以10°C/min的升温速率至400°C预烧4小时，以20°C/min的升温速率至700°C焙烧8小时，随炉冷却到室温，即得到纳米级镍锰酸锂正极材料。合成的纳米级镍锰酸锂形貌较好颗粒分布均匀，平均粒径D50=340nm(附图1)，0.1C充放电首次比容量为183.6mAh/g (附图2)，库伦效率为85.6%，具有优良的循环性能(附图3)，材料在1.0C初始放电容量为177.9 mAh/g，循环100周后的容量仍然有168.3mAh/g,容量保持率高达93.8%。实施例二: (I)按N1:Mn摩尔比为0.5:1.5配比，取8.48g草酸镍和28.41g草酸锰混合后溶入50ml去离子水中。(2)向步骤(I)溶液中加入0.5g聚甲基丙烯酸甲酯和0.24g聚乙二醇辛基苯基醚。(3)向步骤(2)中溶液同时滴加2mol/L氨水20ml和0.12mol的氢氧化钠，以800转/分钟搅拌，60°C恒温搅拌4h。(4)将步骤(3)中混合溶液转入水热釜中，300°本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米级镍锰酸锂正极材料制备方法，所述镍锰酸锂正极材料的分子式为LiNixMn2‑xO2，0<x<1，其特征在于所述制备方法由如下步骤组成：（1）将镍源化合物和锰源化合物按化学计量比混合溶入去离子水中，其中元素 Ni：Mn的摩尔比是x：2‑x，0<x<1；（2）将步骤（1）中混合溶液与复合模板剂混合，混合溶液中摩尔比组成Ni：Mn：复合模板剂= x：2‑x：0.1～4，0<x<1；所述复合模板剂为两种或两种以上能够发生共聚反应的表面活性剂物质，能更有效的控制粒径的大小；（3）向步骤（2）中混合溶液中滴加沉淀剂和络合剂，恒温搅拌；（4）将步骤（3）中混合溶液转入高温密闭的水热釜中反应，反应后悬浊液再通过离心分离、洗涤、烘干后得到镍锰酸锂前驱体；（5）将得到的前驱体与锂源化合物按计量比混合放入高温管式炉中，在非还原气氛中煅烧，随炉冷却到室温，即得到纳米级镍锰酸锂正极材料。
【技术特征摘要】
1.一种纳米级镍锰酸锂正极材料制备方法，所述镍锰酸锂正极材料的分子式为LiNixMn2_x02,0〈x〈l,其特征在于所述制备方法由如下步骤组成: (1)将镍源化合物和锰源化合物按化学计量比混合溶入去离子水中，其中元素Ni=Mn的摩尔比是X:2-χ, 0〈χ〈1 ； (2)将步骤(I)中混合溶液与复合模板剂混合，混合溶液中摩尔比组成Ni:Μη:复合模板剂=X:2-χ:0.1?4,0〈x〈l ;所述复合模板剂为两种或两种以上能够发生共聚反应的表面活性剂物质，能更有效的控制粒径的大小； (3)向步骤(2)中混合溶液中滴加沉淀剂和络合剂，恒温搅拌； (4)将步骤(3)中混合溶液转入高温密闭的水热釜中反应，反应后悬浊液再通过离心分离、洗涤、烘干后得到镍锰酸锂前驱体； (5)将得到的前驱体与锂源化合物按计量比混合放入高温管式炉中，在非还原气氛中煅烧，随炉冷却到室温，即得到纳米级镍锰酸锂正极材料。2.如权利要求1所述的一种纳米级镍锰酸锂正极材料制备方法，其特征在于:所述步骤3中的搅拌指以500?1500转/分钟的转速，在60°C恒温搅拌2?4h。3.如权利要求1所述的一种纳米级镍锰酸锂正极材料制备方法，其特征在于:所述步骤4中的反应指180°C-300°C反应6-20小时。4.如权利要求1所述的一种纳米级镍锰酸锂正极材料制备方法，其特征在于:所述步骤5中的煅烧指:以I?20°C/min的升温速率至200?400°C...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈林，张钊，王萌，陈蕴博，卢诚，谷亦杰，李素敏，左玲立，
申请(专利权)人：江苏中欧材料研究院有限公司，机械科学研究总院先进制造技术研究中心，江苏绿科能源有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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