【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学储能和新能源材料，具体涉及一种高性能锂离子电池富锂锰基正极材料及其自组装制备方法。
技术介绍
1、作为一种新型的二次储能电池，锂离子电池因其具有电压高、能量密度高、工作安全、无记忆效应等优点而被广泛研究，已在各种便携式电子设备、电动汽车行业等方面广泛应用。随着锂离子电池应用的普及，人们对锂离子电池的性能特别是长循环性能、能量密度和工作电压等有着更高的要求。然而，高性能锂离子电池的实现关键在于高性能锂离子电池正极材料的研发。
2、根据国家明确要求2025年新型动力电池的单体比能量达到400wh/kg。然而，商业化正极材料(如层状licoo2、尖晶石limn2o4、橄榄石lifepo4和三元材料等)的实际比容量都比较低(<200mah/g)，限制了电池的发展。富锂锰基正极材料xli2mno3·(1-x)limo2(m＝ni、mn、co等)凭借其高可逆比容量(>250mah/g)、高能量密度(～1000wh/kg)、低成本等优点，被认为是一种极具有开发潜力的正极材料。然而，实现富锂锰基正极材料的商业化，需要解决其首次不可逆容量高、循环稳定性较差、电压衰减严重、倍率性能差等主要问题。为改善这些问题，广大科研工作者做了大量的研究工作，主要集中在材料制备工艺的优化、元素体相掺杂、表面改性等。
3、bao等通过减少锂的用量，利用溶胶凝胶法和后续退火工艺成功制备了具有表面尖晶石相异质结构的li1.14mn0.54ni0.13co0.13o2材料，改性后材料的首次放电比容量得到提高，0.1c
4、较差的循环稳定性极大地阻碍了富锂层状氧化物正极在高能量密度锂离子电池中的应用和产业化。材料的结构决定材料的性能，材料的结构受材料制备工艺的影响较大，其中，烧结的温度和时间对材料结构和性能的影响显著。传统的烧结制度主要采用一定温度下恒温煅烧一定烧结，然而通过这种烧结制度合成的常规富锂锰基正极材料在电化学性能尤其是循环性能等方面普遍较差。因此，如何调控材料的烧结制度，提高循环时结构的稳定性，是实现高性能富锂锰基正极材料的重要课题。此外，实现纳米材料的自组装是满足纳米电极材料商业化要求的重要途径。
5、基于上述情况，本专利技术提出了一种高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，可有效解决以上问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高性能锂离子电池富锂锰基正极材料及其自组装制备方法。本专利技术的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法符合绿色化学理念，工艺简单，所获得的富锂锰基正极材料纯度高，具有首次充放电效率高、循环性能优异等优点。
2、为解决以上技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
3、一种高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，包括以下步骤：
4、q1、溶胶凝胶法制备前驱体：将镍源、锰源、钴源和锂源溶于水中获得混合金属盐溶液，后将该混合金属盐溶液缓慢滴入到有机酸溶液中，通过氨水调节体系的ph，经水浴加热、蒸干、干燥、粉碎后，获得前驱体；
5、q2、前驱体煅烧：将前驱体在一定气氛下于400-600℃保持3-6h，经研磨后缓慢升温至600-1000℃，不进行恒温加热处理，随后立即缓慢冷却，即得前驱体煅烧粉体；
6、q3、纳米颗粒自组装：将上步前驱体煅烧粉体分散到水-有机溶剂(体积比为1：1)混合溶液中，在水热反应釜中100-200℃反应3-10h，经离心、洗涤、干燥、高温烧结后，获得自组装产品，即所述高性能锂离子电池富锂锰基正极材料。
7、本专利技术是一种基于变温烧结制度合成的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，打破了常规高温恒温烧结的思维，具有制备方法简单、绿色环保、产品纯度高、所得材料结构稳定的优点，且获得了纳米级正极材料颗粒，表现出较高的首次库伦效率和放电比容量、优异的循环性能和高的能量密度保持率；通过水热法，成功实现纳米级正极材料颗粒的自组装，为实现其商业化提供了可能。
8、根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，步骤q1中，所述镍源为乙酸镍、氢氧化镍、氯化镍和硫酸镍中的任意一种或两种以上的混合物。
9、根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，步骤q1中，所述锰源为氯化锰、乙酸锰和硫酸锰中的任意一种或两种以上的混合物。
10、根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，步骤q1中，所述钴源为氯化钴、乙酸钴、硝酸钴和硫酸钴中的任意一种或两种以上的混合物。
11、根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，步骤q1中，所述锂源为乙酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和硫酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。
12、根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，步骤q1中，所述有机酸为柠檬酸、酒石酸和草酸中的任意一种或两种以上的混合物；混合金属盐溶液缓慢滴入到有机酸溶液后，所述有机酸和金属离子的摩尔比为1：1。
13、根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，步骤q1中，所述ph值为6-10，水浴加热温度为60-100℃，水浴加热时间为8-14h，干燥温度为90-120℃。
14、根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，步骤q2中，所述一定气氛为氧气气氛和空气气氛中的任意一种；所述缓慢升温的升温速率为0-3℃/min；所述缓慢冷却的冷却速率为0-3℃/min。
15、根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，步骤q3中，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇和甘油中的任意一种或两种以上的混合物。
16、本专利技术还提供一种高性能锂离子电池富锂锰基正极材料，采用如前所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法制得。
17、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
18、本专利技术提供的烧结方法变温烧结是利用在高温区段中过渡金属氧化物材料处于红热状态，离子相互扩散比较快，有利于材料颗粒的接触、反应、成核与生长，减少了常规高温热处理工艺中特定烧结温度对材料颗粒反应和成型的不良影响，同时结合前期的溶胶凝胶法，能够高效的得到结构稳定、性能优异的正极材料。因此，本专利技术的高(循环)性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤Q1中，所述镍源为乙酸镍、氢氧化镍、氯化镍和硫酸镍中的任意一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤Q1中，所述锰源为氯化锰、乙酸锰和硫酸锰中的任意一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤Q1中，所述钴源为氯化钴、乙酸钴、硝酸钴和硫酸钴中的任意一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤Q1中，所述锂源为乙酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和硫酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤Q1中，所述有机酸为柠檬酸、酒石酸和草酸中的任意一种或两种以上的混合物；混
7.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤Q1中，所述pH值为6-10，水浴加热温度为60-100℃，水浴加热时间为8-14h，干燥温度为90-120℃。
8.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤Q2中，所述一定气氛为氧气气氛和空气气氛中的任意一种；所述缓慢升温的升温速率为0-3℃/min；所述缓慢冷却的冷却速率为0-3℃/min。
9.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤Q3中，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇和甘油中的任意一种或两种以上的混合物。
10.一种高性能锂离子电池富锂锰基正极材料，其特征在于，采用如权利要求1至9任意一项所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤q1中，所述镍源为乙酸镍、氢氧化镍、氯化镍和硫酸镍中的任意一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤q1中，所述锰源为氯化锰、乙酸锰和硫酸锰中的任意一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤q1中，所述钴源为氯化钴、乙酸钴、硝酸钴和硫酸钴中的任意一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤q1中，所述锂源为乙酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和硫酸锂中的任意一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的高性能锂离子电池富锂锰基正极材料的自组装制备方法，其特征在于，步骤q1中，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕爱民，张鼎，李鑫，代克化，刘莉雪，赵海军，段磊，邵威威，药志超，
申请(专利权)人：浙江瓦司特钠科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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