[發明專利]納米結構錳鈷鎳氧鋰五元鋰離子電池正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310039533.6
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103094555A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 張克難;陳鑫;黃嬋燕;董文靜;魏調興;張云;孫艷;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明屬于新型材料技術領域，涉及能量存儲材料制備技術，具體指一種納米結構錳鈷鎳氧鋰五元鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

從當前世界能源體系來看，能源匱乏和環境問題日趨嚴重，所以，高效、清潔、安全、經濟可行的新能源體系成為當前社會的迫切需求。而不斷增長的能源需求，使能源轉化和儲存成為世界范圍內的一個重要研究課題。鋰離子電池具有比能量高、循環壽命長、無記憶效應的特點，且有能快速充電的優點，故可廣泛用于便攜式電子產品如：手機、筆記本電腦、攝錄像機等以及電動汽車所需的充電電池。

鋰離子電池中，正負極材料的性能直接決定了鋰離子電池的性能，因此，廉價、高性能正/負極材料的開發一直是鋰離子電池的研究重點。嵌鋰的過渡金屬氧化物由于具有理論比容量高、環境友好、成本低等優點,成為鋰離子電池正極材料的研究熱點。本發明針對鋰離子電池正極材料的制備，提出了一種納米結構錳鈷鎳氧鋰五元鋰離子電池正極材料的制備方法。

在鋰離子電池充放電的過程中，過渡金屬氧化物作為電極材料會有強烈的體積變化，本發明制備的正極材料球狀顆粒表面由薄片組成，薄片厚度在幾十個納米尺度范圍，韌度較好，且表面空隙較大，故減緩了材料在充放電過程中體積的變化，增加了材料比表面積，提高了吸附度，而且由于薄片厚度小，提高了鋰離子鑲嵌脫嵌的速度。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單可行的制備一種納米結構錳鈷鎳氧鋰五元鋰離子電池正極材料的方法，既考慮到提升鋰離子容量存儲的問題，同時通過其特殊的結構來對吸附、脫附鋰離子過程中體積的變化進行一定的改性，而且附脫附鋰過程的速度較快。

本發明的方法是用水熱法得到產物的前軀體，然后灼燒一定的時間得到所需產物。此類結構既有巨大的比表面積，同時在吸附脫附鋰的過程中對體積變化有一定的忍耐性，并且由于此材料結構中片狀結構十分薄，故吸附脫附鋰的過程較為迅速。

本發明所涉及的一種納米結構錳鈷鎳氧鋰五元鋰離子電池正極材料的制備方法包括如下步驟：

首先，將一水氫氧化鋰、六水硫酸鎳、硫酸鈷水合物、一水硫酸錳、六亞甲基四胺、P₁₂₃、無機酸以摩爾比為1:（0.7～0.86）:（0.1～0.2）:（0.04～0.2）:（0～2）:（0～0.2）:（0.5～9）溶解于一定的去離子水中，充分攪拌均勻，形成反應溶液；其次，將反應液加入反應釜中，在100℃～150℃下反應4～6個小時，得到前驅體；然后將得到的前驅體在坩堝中在400℃～750℃下灼燒4～6個小時得到所需材料。

所述的無機酸是鹽酸、硫酸、硝酸。

本發明的優點是：反應簡單，工藝成本低，對產物尺寸操控性強，產物的特殊結構使得其比表面積巨大、吸附能力強、且在釋放應力的過程中體積變化較小，在對鋰離子存儲容量的提高和吸附脫附鋰過程的體積變化的改性、速度的提高都有重要的意義。

附圖說明

圖1：本發明所得納米結構錳鈷鎳氧鋰五元鋰離子正極材料的掃描電子顯微鏡圖譜。

圖2：本發明所得納米結構錳鈷鎳氧鋰五元鋰離子正極材料涂抹于硅片上所得的能量色散X射線圖譜。

圖3：本發明所得納米結構錳鈷鎳氧鋰五元鋰離子正極材料的低倍透射電子顯微鏡圖譜。

具體實施方式：

實施例1：

將40ml去離子水加入燒杯中，加入1mmolP₁₂₃，攪拌至完全溶解，再依次加入4.3mmol六水硫酸鎳、0.5mmol硫酸鈷水合物、0.2mmol一水硫酸錳、5mmol一水氫氧化鋰、10mmol六亞甲基四胺、20mmol硫酸攪拌均勻。然后倒入反應釜中，設定加熱溫度為120℃，加熱時間為6小時。加熱完畢后，自然冷卻至室溫時取出反應釜，對得到的前驅體離心，再用去離子水清洗，得到所需的前驅體。再將所得前驅體灼燒，設定灼燒溫度為420℃，灼燒時間為6小時，灼燒完畢，自然冷卻至室溫時取出，得到最終產物。

實施例2：