【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料制备，具体为一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法。
技术介绍
1、随着现代社会对高比能、低成本锂离子电池(libs)需求的不断增加，传统的高压licoo2和高镍层状正极材料因比容量有限(<230mah g-1)和资源短缺而难以满足要求。兼具过渡金属(tm)阳离子和氧阴离子双重氧化还原特性的富锂锰基层状氧化物(xli2mno3·(1-x)litmo2，lrmo)被认为是下一代最有前途的正极材料。然而，lrmo的商业应用仍然面临一些技术瓶颈。传统的多晶富锂锰基正极材料(pc-lrmo)颗粒尺寸较大(约10-20μm)，由于其具有较差的电子和离子导电率，且受到固-固界面接触的限制，势必会影响活性材料的利用率。因此，为了提高lrmo的性能，必须进一步优化材料颗粒尺寸和形貌，合理地设计复合正极的结构。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，以解决现有技术中lrmo材料颗粒尺寸大，较差的电子和离子电导率，固-固界面接触的限制，动力学性能和结构稳定性的问题。这种熔盐法可以促进晶粒的生长，控制煅烧温度的同时可以得到纳米级的颗粒，省去常规方法的超高温煅烧和多次煅烧，更加方便、节能和环保，并可以降低循环过程中的电压降并提高循环稳定性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，包括以下步骤：
4、第一步：将去离子水和络合剂
5、第二步：向连续搅拌釜式反应器内泵入镍源、钴源、锰源混合金属盐溶液和沉淀剂，在一定温度下持续搅拌、陈化后，再通过抽滤、洗涤、干燥得到碳酸盐前驱体；
6、第三步：将所述碳酸盐前驱体和锂源以一定的化学计量比混合，并添加熔盐，然后将碳酸盐前驱体、锂源和熔盐混合形成的粉末状混合物进行煅烧并洗涤，进而得到纳米级单晶富锂锰基正极材料。
7、在其中一个实施例中，所述碳酸盐前驱体的化学式为(ni1/6co1/6mn4/6)co3。
8、在其中一个实施例中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种。
9、在其中一个实施例中，所述锂源的添加量为锂离子与碳酸盐前驱体中的过渡金属离子的重量比为1.5-1.6：1。
10、在其中一个实施例中，所述熔盐为氯化钾、氯化钠、氯化锂中的一种或多种。
11、在其中一个实施例中，所述第三步中的煅烧时间为8～12h，温度在900-1000℃之间。
12、在其中一个实施例中，所述纳米级单晶富锂锰基正极材料的晶粒为300-700nm，化学式为li1.2ni0.13co0.13mn0.54o2，简称为sc-lrmo。
13、在其中一个实施例中，所述络合剂为带铵根离子的可溶性盐，所述镍源、钴源、锰源为对应的水可溶性盐，所述沉淀剂为水可溶性碳酸盐。
14、在其中一个实施例中，
15、第一步：将1l去离子水和100ml络合剂水溶液依次倒入连续搅拌釜式反应器；
16、第二步：向连续搅拌釜式反应器中泵入500ml浓度为2mol l-1的混合金属盐溶液和500ml浓度为2mol l-1碳酸钠溶液，所述混合金属盐溶液中ni2+：co2+：mn2+的摩尔比为1:1:4，然后在60℃下持续搅拌20小时，并陈化5小时，再通过抽滤、洗涤、干燥得到碳酸盐前驱体；
17、第三步：将作为锂源的碳酸锂过量10％wt与所述第二步中形成的碳酸盐前驱体混合，并加入碳酸锂和碳酸盐前驱体的三倍总摩尔量的氯化锂作为熔盐，再将混合物在920℃的空气中加热10h，加热速率为4℃min-1，高温反应后，用去离子水洗涤，除去多余的盐，取出后研磨过筛得到纳米级单晶富锂锰基正极材料。
18、本专利技术与现有技术相比，具备以下优点或有益效果：
19、(1)本专利技术对熔盐的范围和加入的量进行限定，该类熔盐可以提高晶粒的分散性，在煅烧过程中不会与材料本身发生副反应，经过简单的水洗便可除去；若加入熔盐的量过多，会导致洗涤过程去离子水的用量增加并增加洗涤难度，残留的熔盐也会对产品的电化学性能产生影响；若加入的量过少，晶粒分散效果不好，达不到纳米级的颗粒；
20、(2)本专利技术对锂源加入的量进行限定，若按标准摩尔比添加或加入的量过少，锂源会在煅烧的过程挥发，造成锂配比不够；若加入的量过多，会导致反应不完全，影响最终产品的性能；
21、(3)本专利技术对煅烧的温度进行限定，若温度过低，则产品的结晶度不高，并且会造成li+/ni2+混排程度过高；若温度过高，产品的粒径会随温度的上升而增大，当达到一定温度时会伴随八面体颗粒即尖晶石相的形成；
22、(4)本专利技术提供的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，使用熔盐法制备纳米级单晶富锂锰基正极材料，可以避免多次高温烧结，形成颗粒均匀分布的一次晶粒，对比传统的二次多晶颗粒，这种小尺寸的单晶富锂正极不仅有效缩短li+扩散距离、避免晶界对锂离子扩散的影响，并增加电化学反应活性面积；
23、(5)本专利技术提供的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，通过熔盐法制备的纳米级单晶富锂锰基正极材料，一次粒径为300-700nm，对比其它多次烧结制备的单晶纳米材料，本专利技术制备工艺简单且温度相对较低，能纳米化的同时还具备更有利的微观结构，有助于缓解电池循环过程中电化学-机械力学效应导致的材料结构劣化。
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1.一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述碳酸盐前驱体的化学式为(Ni1/6Co1/6Mn4/6)CO3。
3.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述锂源的添加量为锂离子与碳酸盐前驱体中的过渡金属离子的重量比为1.5-1.6：1。
5.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述熔盐为氯化钾、氯化钠、氯化锂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述第三步中的煅烧时间为8～12h，温度在900-1000℃之间。
7.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述纳米级单晶富锂锰
8.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述络合剂为带铵根离子的可溶性盐，所述镍源、钴源、锰源为对应的水可溶性盐，所述沉淀剂为水可溶性碳酸盐。
9.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述碳酸盐前驱体的化学式为(ni1/6co1/6mn4/6)co3。
3.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述锂源的添加量为锂离子与碳酸盐前驱体中的过渡金属离子的重量比为1.5-1.6：1。
5.根据权利要求1所述的一种熔盐法合成纳米级单晶富锂锰基正极材料的方法，其特征在于，所述熔盐为氯化钾、氯化钠、氯化锂...
【专利技术属性】
技术研发人员：方齐，陈海林，傅昭，徐长美，杨飞雨，
申请(专利权)人：湖南鹏博新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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