【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池材料，具体为一种表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法。
技术介绍
1、随着全球对清洁能源和可持续能源存储解决方案的需求日益增长，锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等优势，在电动汽车、便携式电子设备和大规模储能系统中得到了广泛应用。
2、镍锰酸锂（lini0.5mn1.5o4）作为一种低成本、环保且资源丰富的正极材料，因其高理论容量和良好的热稳定性而备受关注。然而，镍锰酸锂在实际应用中仍面临一些挑战，包括循环稳定性差、倍率性能有限以及在极端条件下的热稳定性问题。这些问题限制了其在高性能锂离子电池中的广泛应用。
3、为了解决上述问题，采用氧化铝表面包裹镍锰酸锂是一种常见的改进锂离子电池正极材料性能的技术。这一表面改性方法旨在通过形成一层保护膜来改善材料的电化学稳定性、循环寿命和安全性。然而尽管氧化铝可以提高材料的稳定性，但它本质上是一种绝缘材料，可能会增加电池的内部电阻，从而影响电池的电导率和功率性能。
4、因此，申请人制备了一种表面包覆改性镍锰酸锂材料来解决上述问题。
技术实现思路
1、为解决现有的技术问题，本专利技术公开了一种表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，包括以下制备步骤：
2、（1）采用氟代脱氧葡萄糖辅助的水热法制备中空微米球形镍锰酸锂材料；
3、（2）采用葡聚糖对中空微米球形镍锰酸锂材料进行一次包裹，得到一次包裹的镍锰酸锂材料；葡聚糖通过中空微米球形镍锰酸锂材料的孔道进入中空微米球
4、（3）采用异丙醇铝溶液对一次包裹的镍锰酸锂材料进行二次包裹，随后在惰性混合气体下进行热处理烧结，得到表面包覆改性镍锰酸锂材料；
5、进一步的，所述步骤（1）的具体步骤如下：将四水合醋酸镍、四水合醋酸锰、尿素按物质的量比1：3：8混合，加入四水合醋酸镍质量30倍的蒸馏水中搅拌10~20min，随后量取四水合醋酸镍质量20倍的乙二醇，继续搅拌10~20min并控制温度在50℃，接着加入氟代脱氧葡萄糖溶液，其中，氟代脱氧葡萄糖质量是四水合醋酸镍的0.8~1.2倍，继续搅拌1h，随后在180℃下水热反应10h，待温度自然冷却至室温后，用蒸馏水离心洗涤5~6次，并用浓度为95%乙醇洗涤2~3次，随后在60℃的烘箱中烘8~12h，随后与四水合醋酸镍物质的量1倍的碳酸锂、四水合醋酸镍质量30倍的无水乙醇混合搅拌20~40min，其中碳酸锂过量7%以补偿高温下的锂损失，待乙醇完全蒸干后研磨均匀至粉末状，接着在450℃下与烧结4h后，在850℃下烧结12h，自然冷却至室温，得到中空微米球形镍锰酸锂材料；本步骤全程升温速率均为 5℃/min。
6、在水热反应过程中，葡萄糖脱水会生成寡糖和芳香族化合物，然后随着温度继续升高，寡糖在高温下进行分子间交联反应，从而形成具有活性官能团的碳微球，同时尿素在高温下分解提供了 co32-和 oh-，与 ni2+和 mn2+相互作用生成金属碳酸盐，此时碳微球就充当了结晶的成核基质，并引导晶体在其表面生长聚集，形成了一个一个的微米球，最后，通过高温煅烧步骤将碳核去除，形成特殊的中空形貌，增加了镍锰酸锂材料的比表面积和孔体积，减少了扩散阻力，提高了材料的倍率能力，同时也极大地增强了存储锂离子的能力，提高了放电比容量，稳定的结构则保证了在充放电过程中电极的完整性，与此同时微米级结构可以很有效地降低界面副反应的发生，降低了容量的衰减，进而改善了镍锰酸锂材料的循环稳定性和倍率性能；同时，采用氟代脱氧葡萄糖辅助的水热法制备中空微米球形镍锰酸锂材料，在镍锰酸锂材料引入了氟元素，将镍锰酸锂材料表面氟化，提高了镍锰酸锂材料的热稳定性，且氟掺杂之后，锰的化合价降低，氟化的镍锰酸锂材料的晶格常数增大，更有利于裡离子扩散其次氟掺杂的镍锰酸锂材料结构晶胞体积变化更小，有利于镍锰酸锂材料的稳定，提高了镍锰酸锂材料的大倍率循环性能。
7、异丙醇铝水解，形成氧化铝溶胶，氧化铝溶胶通过粘性的葡聚糖更好地包覆在镍锰酸锂材料表面，后续烧结后，葡聚糖碳化，在一次包裹的镍锰酸锂材料表面形成氧化铝-碳复合保护膜，减少正极材料与电解液之间的副反应，尤其是在高压下操作时，这有助于防止电解质分解和锰离子的溶解，同时，葡聚糖碳化在中空微米球形镍锰酸锂材料中形成无定型碳3d导电网络，进一步增强了镍锰酸锂材料的循环稳定性，改善了镍锰酸锂材料的低电导率的问题。
8、进一步的，所述氟代脱氧葡萄糖溶液浓度为45mg/ml。
9、进一步的，所述步骤（2）的具体步骤如下：将葡聚糖、中空微米球形镍锰酸锂材料、乙醇按质量比0.08~0.12：1：5混合放入玛瑙球磨罐湿法球磨2h，随后60℃烘2~4h烘干，得到一次包裹的镍锰酸锂材料。
10、进一步的，所述步骤（3）二次包裹的步骤如下：将一次包裹的镍锰酸锂材料和异丙醇铝溶液混合，其中，自制镍锰酸锂和异丙醇铝的质量比为1：0.005~0.015，随后30khz超声分散25~30min后再90℃下干燥8h。
11、进一步的，所述异丙醇铝溶液的制备方法如下：将异丙醇铝、去离子水按物质的量之比1：5~9中，并在75℃下搅拌混合5h，得到异丙醇铝溶液。
12、进一步的，所述惰性混合气体由氩气和氢气按体积百分比5%：95%混合得到。
13、进一步的，所述热处理烧结温度为500~700℃，烧结时间为8h，升温速率为6℃/min。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
15、本专利技术制备表面包覆改性镍锰酸锂材料时，先采用氟代脱氧葡萄糖辅助的水热法制备中空微米球形镍锰酸锂材料；再采用葡聚糖对中空微米球形镍锰酸锂材料进行一次包裹，得到一次包裹的镍锰酸锂材料；接着采用异丙醇铝溶液对一次包裹的镍锰酸锂材料进行二次包裹，最后在惰性混合气体下进行热处理烧结，得到表面包覆改性镍锰酸锂材料，制得的表面包覆改性镍锰酸锂材料的循环稳定性、倍率性能、热稳定性较好。
16、在水热反应过程中，葡萄糖脱水会生成寡糖和芳香族化合物，然后随着温度继续升高，寡糖在高温下进行分子间交联反应，从而形成具有活性官能团的碳微球，同时尿素在高温下分解提供了 co32-和 oh-，与 ni2+和 mn2+相互作用生成金属碳酸盐，此时碳微球就充当了结晶的成核基质，并引导晶体在其表面生长聚集，形成了一个一个的微米球，最后，通过高温煅烧步骤将碳核去除，形成特殊的中空形貌，增加了镍锰酸锂材料的比表面积和孔体积，减少了扩散阻力，提高了材料的倍率能力，同时也极大地增强了存储锂离子的能力，提高了放电比容量，稳定的结构则保证了在充放电过程中电极的完整性，与此同时微米级结构可以很有效地降低界面副反应的发生，降低了容量的衰减，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体步骤如下：将四水合醋酸镍、四水合醋酸锰、尿素按物质的量比1：3：8混合，加入四水合醋酸镍质量30倍的蒸馏水中搅拌10~20min，随后量取四水合醋酸镍质量20倍的乙二醇，继续搅拌10~20min并控制温度在50℃，接着加入氟代脱氧葡萄糖溶液，其中，氟代脱氧葡萄糖质量是四水合醋酸镍的0.8~1.2倍，继续搅拌1h，随后在180℃下水热反应10h，待温度自然冷却至室温后，用蒸馏水离心洗涤5~6次，并用浓度为95%乙醇洗涤2~3次，随后在60℃的烘箱中烘8~12h，随后与四水合醋酸镍物质的量1倍的碳酸锂、四水合醋酸镍质量30倍的无水乙醇混合搅拌20~40min，其中碳酸锂过量7%以补偿高温下的锂损失，待乙醇完全蒸干后研磨均匀至粉末状，接着在450℃下与烧结4h后，在850℃下烧结12h，自然冷却至室温，得到中空微米球形镍锰酸锂材料；本步骤全程升温速率均为 5℃/min。
3.根据权利要求2所述的表
4.根据权利要求1所述的表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体步骤如下：将葡聚糖、中空微米球形镍锰酸锂材料、乙醇按质量比0.08~0.12：1：5混合放入玛瑙球磨罐湿法球磨2h，随后60℃烘2~4h烘干，得到一次包裹的镍锰酸锂材料。
5.根据权利要求1所述的表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）二次包裹的步骤如下：将一次包裹的镍锰酸锂材料和异丙醇铝溶液混合，其中，自制镍锰酸锂和异丙醇铝的质量比为1：0.005~0.015，随后30kHz超声分散25~30min后再90℃下干燥8h。
6.根据权利要求5所述的表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述异丙醇铝溶液的制备方法如下：将异丙醇铝、去离子水按物质的量之比1：5~9中，并在75℃下搅拌混合5h，得到异丙醇铝溶液。
7.根据权利要求1所述的表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述惰性混合气体由氩气和氢气按体积百分比5%：95%混合得到。
8.根据权利要求1所述的表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述热处理烧结温度为500~700℃，烧结时间为8h，升温速率为6℃/min。
...【技术特征摘要】
1.一种表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体步骤如下：将四水合醋酸镍、四水合醋酸锰、尿素按物质的量比1：3：8混合，加入四水合醋酸镍质量30倍的蒸馏水中搅拌10~20min，随后量取四水合醋酸镍质量20倍的乙二醇，继续搅拌10~20min并控制温度在50℃，接着加入氟代脱氧葡萄糖溶液，其中，氟代脱氧葡萄糖质量是四水合醋酸镍的0.8~1.2倍，继续搅拌1h，随后在180℃下水热反应10h，待温度自然冷却至室温后，用蒸馏水离心洗涤5~6次，并用浓度为95%乙醇洗涤2~3次，随后在60℃的烘箱中烘8~12h，随后与四水合醋酸镍物质的量1倍的碳酸锂、四水合醋酸镍质量30倍的无水乙醇混合搅拌20~40min，其中碳酸锂过量7%以补偿高温下的锂损失，待乙醇完全蒸干后研磨均匀至粉末状，接着在450℃下与烧结4h后，在850℃下烧结12h，自然冷却至室温，得到中空微米球形镍锰酸锂材料；本步骤全程升温速率均为 5℃/min。
3.根据权利要求2所述的表面包覆改性镍锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述氟代脱氧葡萄糖溶液浓度为45mg/ml。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪向曙，张凌，刘建坤，宋巍巍，
申请(专利权)人：南通朋能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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