[發(fā)明專利]空心球形NiMn2O4鋰離子電池負(fù)極材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310282921.7
• 申請日: 2013-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN103337604A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊文勝;馮玉龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/1393
• 分類號(hào): H01M4/1393;H01M4/50;H01M4/1391;B82Y40/00
• 代理公司: 北京華誼知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種空心球形NiMn₂O₄鋰離子電池負(fù)極材料及制備方法。

背景技術(shù)

金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料具有質(zhì)量比容量和體積比容量高等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到人們的廣泛關(guān)注。其中尖晶石型NiMn₂O₄具有較低廉的原料成本，較高的理論比容量，是一種具有良好發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池負(fù)極材料。在文獻(xiàn)(1)?Journal?of?Materials?Chemistry,?2011,?21:?10206-10218中，F(xiàn)abrice?M.?Courtel等人利用共沉淀方法制備出了納米尖晶石型NiMn₂O₄，并研究了其作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。該材料雖具有較高的初始比容量，但電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性差。

對于鋰離子電池電極材料而言，材料微觀形貌對其性能有重要影響。采用簡單工藝制備具有特殊微觀形貌的NiMn₂O₄電極材料以提升其電化學(xué)性能，是一項(xiàng)具有重要應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)意義的工作。空心球形電極材料有利于電解液的浸潤，縮短了鋰離子的擴(kuò)散路程，有利于電極材料的性能發(fā)揮。采用固相反應(yīng)方法制備空心球形尖晶石型NiMn₂O₄鋰離子電池負(fù)極材料尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種空心球形NiMn₂O₄鋰離子電池負(fù)極材料及制備方法，該材料具有優(yōu)良的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能；并且制備工藝簡單、易于操作，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的空心球形NiMn₂O₄鋰離子電池負(fù)極材料的空心球粒徑為1~3微米；球殼由NiMn₂O₄納米晶構(gòu)成，為多孔結(jié)構(gòu)。多孔球殼有利于電解液的滲透，縮短了鋰離子的擴(kuò)散路程，作為鋰離子電池負(fù)極材料具有優(yōu)良的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

本發(fā)明的制備空心球形NiMn₂O₄鋰離子電池負(fù)極材料的方法無需模板劑，基于“柯肯達(dá)爾效應(yīng)”通過高溫固相反應(yīng)方法就可直接獲得空心球形NiMn₂O₄，其工藝流程示意圖如圖1所示：以實(shí)心球形MnCO₃為前驅(qū)體，低溫焙燒得到多孔的實(shí)心球形二氧化錳，然后和鎳鹽一起焙燒制備得到空心球形尖晶石型NiMn₂O₄負(fù)極材料。具體工藝步驟如下：

(1)?分別配制濃度為0.01~0.05?mol·L^-1的MnSO₄溶液和濃度為0.1~1?mol·L^-1的NH₄HCO₃溶液；在攪拌過程中將無水乙醇和NH₄HCO₃溶液同時(shí)加入到MnSO₄溶液中，其中MnSO₄和NH₄HCO₃的物質(zhì)的量的比為1:10~1:20，無水乙醇的體積與MnSO₄和NH₄HCO₃混合溶液的總體積比為0.02:1~0.1:1；持續(xù)攪拌反應(yīng)1~3小時(shí)，得到白色沉淀，離心分離，用去離子水和乙醇分別洗滌沉淀2~5次以去除SO₄^2-；將沉淀在40~80^oC真空干燥10~24小時(shí)，得到球形MnCO₃白色粉末。

(2)?將步驟(1)制備的MnCO₃粉末在空氣氣氛下，以1~5^oC·分鐘^-1的速率升溫至300~500^oC并恒溫5~10小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，得到表面粗糙的多孔MnO₂黑色粉末。