[發(fā)明專利]超級(jí)電容器正極材料稀土摻雜LiNi0.5Mn1.5O4的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110297733.2
• 申請(qǐng)日: 2011-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN102324322A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈金才;曹國(guó)喜;賈曉琳;徐柳;蔣元力;陳晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南煤業(yè)化工集團(tuán)研究院有限責(zé)任公司;鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/042
• 分類號(hào): H01G9/042
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳;孫詩雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器正極材料的制備方法，特別是涉及一種超級(jí)電容器正極材料稀土摻雜LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制備方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器的比容量為普通電容器的20~200倍，比功率通常大于1000W/kg，循環(huán)壽命大于10⁵次，可進(jìn)行快速充放電，兼有電池高比能量和傳統(tǒng)電容器高比功率的新型儲(chǔ)能裝置。

為了進(jìn)一步提高超級(jí)電容器的能量密度，近年來開發(fā)出一種新型電容器——混合型超級(jí)電容器。在混合型超級(jí)電容器中，一極采用傳統(tǒng)的電池電極并通過電化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化能量，另一極通過雙電層來儲(chǔ)存能量。電池電極具有高能量密度，同時(shí)兩者結(jié)合起來會(huì)產(chǎn)生更高的工作電壓，因此混合型超級(jí)電容器的能量密度遠(yuǎn)大于雙電層電容器。目前，混合型超級(jí)電容器是電容器研究的熱點(diǎn)。

混合型超級(jí)電容器的兩個(gè)電極分別采用不同的儲(chǔ)能機(jī)理，其中一個(gè)電極選用贗電容類或二次電池類電極材料，另一電極選用雙電層電容類碳材料。因此混合型電容器同時(shí)具有法拉第贗電容器或二次電池的高能量密度和雙電層電容器的高功率密度。正極采用傳統(tǒng)的電池電極并通過電化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化能量，負(fù)極通過碳電極雙電層來儲(chǔ)存能量。電池電極具有高的能量密度，同時(shí)兩者結(jié)合起來會(huì)產(chǎn)生更高的工作電壓，因此混合型超級(jí)電容器的能量密度遠(yuǎn)大于雙電層電容器，既具有電池的高容量，又具有超級(jí)電容器的高功率。

在各種嵌脫式鋰離子電池正極材料中，LiNi_0.5Mn_1.5O₄的嵌脫鋰電位高，循環(huán)性能好，是最有前景的5V級(jí)鋰離子電池用正極材料。因此，在有機(jī)電解液中以其為正極材料，活性炭為負(fù)極組裝的混合型電容器具有相對(duì)較高的工作電壓。該體系的充放電曲線在1.5～2.8V區(qū)間呈傾斜的曲線，放電能量密度達(dá)55Wh/kg，1000次循環(huán)后容量保持率為80%，容量的衰減主要是由于電解液在高電壓下的不穩(wěn)定性所致。此外，在將LiNi_0.5Mn_1.5O₄或其他鋰離子電池用正極材料(如LiMn₂O₄、LiCoO₂和LiCr_0.5Mn_1.5O₄等)與活性炭組裝成混合型電容器時(shí)，正負(fù)極均以Li⁺為工作離子，形成“搖椅式”工作原理，因此不會(huì)造成電解液中陰陽離子的分離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中超級(jí)電容器碳材料的比容量較低、成本較高的缺點(diǎn)，提供一種成本和能耗低、充放電容量高、比功率大的超級(jí)電容器正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的超級(jí)電容器正極材料稀土摻雜LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）將鎳源化合物、錳源化合物、鋰源化合物和稀土化合物按Ni、Mn、Li、稀土為1：3.0：2.05-2.24：0.003-0.02的摩爾比分別計(jì)量，將鎳源化合物、錳源化合物、鋰源化合物加入反應(yīng)罐中，加入目標(biāo)產(chǎn)物L(fēng)iNi_0.5Mn_1.5O₄重量800-1600%的純凈水，攪拌后得到混合溶液A；

（2）以目標(biāo)產(chǎn)物L(fēng)iNi_0.5Mn_1.5O₄的重量為基準(zhǔn)，分別計(jì)量6-30%的檸檬酸、300-600%的純凈水和0.002-0.01%的分散劑，將檸檬酸和分散劑加入純凈水中，攪拌均勻，得到檸檬酸的水溶液；然后將所述稀土化合物加入檸檬酸的水溶液中，攪拌均勻，得到混合溶液B；

（3）將混合溶液B在攪拌下緩慢加入到溶液A中，繼續(xù)攪拌20-40分鐘，得到溶液C；?

（4）向溶液C中滴加氨水，調(diào)節(jié)pH為5-7，再攪拌20-40分鐘；

（5）將調(diào)好pH值的C溶液放入80-100℃水浴鍋中水浴加熱5-10小時(shí)，得到前軀體；

（6）將前驅(qū)體置于非金屬器皿中，經(jīng)工業(yè)微波爐熱處理，制備出LiNi_0.5Mn_1.5O₄目標(biāo)產(chǎn)物。???