一种富锂铁镍锰基材料及其制备方法和应用、一种锂离子电池阴极材料、一种锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池阴极材料技术领域，具体涉及一种富锂铁镍锰基材料及其制备方法和应用、一种锂离子电池阴极材料、一种锂离子电池。本发明专利技术提供的富锂铁镍锰基材料，锂与三价铁、二价镍和四价锰的有效结合，表现出很高的充放电比容量、库伦效率，且充放电比容量循环稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种富锂铁镍锰基材料及其制备方法和应用、一种锂离子电池阴极材料、一种锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池阴极材料
，具体涉及一种富锂铁镍锰基材料及其制备方法和应用、一种锂离子电池阴极材料、一种锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池(LIBs)由于其安全可靠、体积小、重量轻、环保、高能量密度和高输出电压等优点，作为电化学储能应用越来越受到人们的关注。在锂离子电池的组分中，一般以含锂化合物作为阴极材料，而相较于传统的以LiCoO2作为阴极材料，以富锂铁镍锰基层状氧化物作为锂离子电池的阴极材料时，其比容量是传统层状LiCoO2阴极的两倍。但是，富锂铁镍锰基氧化物作为锂离子电池(LIBs)的阴极材料时，其库仑效率低、容量衰减快的技术缺陷影响着其商业化生产。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种富锂铁镍锰基材料及其制备方法和应用、一种锂离子电池阴极材料、一种锂离子电池，本专利技术提供的富锂铁镍锰基材料结构稳定，表现出很高的库伦效率和充放电比容量，且充放电比容量循环稳定性好。本专利技术提供了一种富锂铁镍锰基材料，化学式为Li1+xFe0.16Ni0.24Mn0.4Oy；所述0≤x≤0.9；1.7≤y≤2.3。优选的，化学式为Li1.2Fe0.16Ni0.24Mn0.4O2；粒径为5～15μm。本专利技术提供了上述技术方案所述富锂铁镍锰基材料的制备方法，包括以下步骤：将化学计量比的Fe2+、Ni2+和Mn2+的金属盐溶液与C2O42-溶液进行第一混合，发生共沉淀反应，得到草酸盐前驱体；将所述草酸盐前驱体和锂盐按照Ni2+和Li+的物质的量的比为1：(4～7)的比例第二混合后煅烧，得到所述富锂铁镍锰基材料。优选的，所述共沉淀反应的温度为50～80℃，时间为3～12h；所述共沉淀反应在搅拌的条件进行，所述搅拌的速度为500～1500r/min。优选的，所述锂盐包括硝酸锂和/或碳酸锂。优选的，所述煅烧包括：依次进行第一煅烧、第二煅烧和第三煅烧；所述第一煅烧的温度为200～400℃，保温时间为1～4h；所述第二煅烧的温度为400～600℃，保温时间为5～7h；所述第三煅烧的温度为700～900℃，保温时间为10～14h；所述升温至第一煅烧温度、升温至第二煅烧温度和升温至第三煅烧温度的升温速率独立的为2～10℃/min。优选的，所述第一混合为将所述C2O42-溶液滴加到所述Fe2+、Ni2+和Mn2+的金属盐溶液中；所述滴加的速度为0.5～4mL/min。本专利技术提供了上述技术方案所述富锂铁镍锰基材料或上述技术方案所述制备方法得到的富锂铁镍锰基材料在锂离子电池阴极材料中的应用。本专利技术提供了一种锂离子电池阴极材料，包括以下质量份数的组分：富锂铁镍锰基材料60～90份；导电剂5～20份；粘接剂5～20份；所述富锂铁镍锰基材料为上述技术方案所述富锂铁镍锰基材料或上述技术方案所述制备方法得到的富锂铁镍锰基材料。本专利技术提供了一种锂离子电池，包括阳极、阴极、电解质溶液和隔膜，所述阴极由上述技术方案所述锂离子电池阴极材料制备得到。本专利技术提供了一种富锂铁镍锰基材料，化学式为Li1+xFe0.16Ni0.24Mn0.4Oy；所述0≤x≤0.9；1.7≤y≤2.3。本专利技术提供的富锂铁镍锰基材料，锂与三价铁、二价镍和四价锰的有效结合，表现出很高的充放电比容量、库伦效率，且充放电比容量循环稳定性高。由实施例的结果表明，本专利技术提供的富锂铁镍锰基材料在第一次充电至4.8V的比容量为348.4～383.9mAh/g，第一次放电至2V的比容量为173.4～195.6mAh/g，第一次放电至1.5V的比容量为300～337.1mAh/g，第一次循环后库仑效率为88.2～96.3％，且充放电比容量稳定性高，充放电循环100周后的放电比容量为首周放电比容量的72％～80％。本专利技术提供的制备方法，操作简单，适宜工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1或实施例2制备的草酸盐前驱体、富锂铁镍锰基材料产品和标准样的XRD图谱；图2为本专利技术实施例1制备的草酸盐前驱体的电镜照片图；图3为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品的电镜照片图；图4为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品XRD图谱；图5为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品的EDS能谱图；图6为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品在1.5～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时的第1周充放电曲线；图7为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品在1.5～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时第2周、第50周和第100周的充放电曲线图；图8为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品在1.5～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时的循环性能及库伦效率图；图9为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品在2～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时的第1周充放电曲线；图10为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品在2～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时第2周、第20周、第50周和第100周的充放电曲线图；图11为本专利技术实施例1制备的富锂铁镍锰基材料产品在2～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时的循环性能及库伦效率图；图12为本专利技术实施例2制备的富锂铁镍锰基材料产品的电镜照片图；图13为本专利技术实施例2制备的富锂铁镍锰基材料产品XRD图谱；图14为本专利技术实施例2制备的富锂铁镍锰基材料产品在1.5～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时的第1周充放电曲线；图15为本专利技术实施例2制备的富锂铁镍锰基材料产品在1.5～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时第2周、第50周和第100周的充放电曲线图；图16为本专利技术实施例2制备的富锂铁镍锰基材料产品在1.5～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时的循环性能及库伦效率图；图17为本专利技术实施例2制备的富锂铁镍锰基材料产品在2～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时的第1周充放电曲线；图18为本专利技术实施例2制备的富锂铁镍锰基材料产品在2～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时第2周、第20周、第50周和第100周的充放电曲线图；图19为本专利技术实施例2制备的富锂铁镍锰基材料产品在2～4.8V电压范围内0.1C(20mA/g)时的循环性能及库伦效率图。具体实施方式本专利技术提供了一种富锂铁镍锰基材料，化学式为：Li1+xFe0.16Ni0.24Mn0.4Oy；所述0≤x≤0.9；1.7≤y≤2.3。本专利技术提供的富锂铁镍锰基材料，化学式为Li1+xFe0.16Ni0.24Mn0.4Oy；所述0≤x≤0.9；1.7≤y≤2.3；在本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富锂铁镍锰基材料，其特征在于，化学式为：/nLi

【技术特征摘要】
1.一种富锂铁镍锰基材料，其特征在于，化学式为：
Li1+xFe0.16Ni0.24Mn0.4Oy；
所述0≤x≤0.9；1.7≤y≤2.3。


2.根据权利要求1所述的富锂铁镍锰基材料，其特征在于，化学式为Li1.2Fe0.16Ni0.24Mn0.4O2；粒径为5～15μm。


3.权利要求1或2所述富锂铁镍锰基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将化学计量比的Fe2+、Ni2+和Mn2+的金属盐溶液与C2O42-溶液进行第一混合，发生共沉淀反应，得到草酸盐前驱体；
将所述草酸盐前驱体和锂盐按照Ni2+和Li+的物质的量的比为1：(4～7)的比例第二混合后煅烧，得到所述富锂铁镍锰基材料。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应的温度为50～80℃，时间为3～12h；
所述共沉淀反应在搅拌的条件进行，所述搅拌的速度为500～1500r/min。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐包括硝酸锂和/或碳酸锂。


6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧包括：依次进行第一煅烧、第二煅烧和第三煅烧；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵桃林，申建钢，纪日新，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13