[發明專利]一種靜電紡絲技術合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2納米纖維的制備方法

在審

• 申請號: 201310556823.8
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103560243A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 梁小平;毛新鈺;劉凱;周倩倩;王歡;李冬梅;左蕊
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明屬于鋰離子電池電極材料及其制備技術領域，特別是提供了靜電紡絲技術合成鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、功率密度高、工作電壓高、循環壽命長、安全性能好、無記憶效應、無污染等優點，是目前最先進的一種綠色二次電池。鋰離子電池一般包括正極、負極、隔膜，以及電解液。其工作原理是鋰離子通過電解液在正負極材料之間脫出和嵌入，因此電解液和電極材料的結構和性能是影響電池性能及其價格的關鍵因素。目前常見的鋰離子電池正極材料主要有：LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄及LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂等。但是，上述正極材料都有各自的缺點：LiCoO₂高電勢下結構不穩定，實際容量僅為理論容量的一半；LiNiO₂晶體穩定性差、循環性能嚴重不足；LiMn₂O₄中Mn²⁺容易溶解于電解液中造成容量衰減較快；LiFePO₄的電導率差造成鋰離子脫嵌困難，而層狀結構的三元LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂鋰離子電池正極材料，綜合LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三種層狀材料的優點，其性能要明顯好于以上任一單一組分正極材料，存在明顯的協同互補效應：引入Co，能夠減少陽離子混合占位情況的發生，有效穩定材料的層狀結構；引入Ni，能夠提高材料的容量；引入Mn，可以降低材料成本、提高材料的安全性和穩定性。LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂三元正極材料在不同溫度及倍率下結構變化較小，所以材料具有很好的穩定性，是目前研究和應用最多的三元材料。目前已發表的專利文獻中，合成LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂鋰離子正極材料的方法是高溫固相法、溶膠凝膠法、共沉淀法、水熱法、模板法、微波法等。通過靜電紡絲技術可以獲得大長徑比的直徑可控納米纖維，而且比表面積大，量子限域效應明顯，可以廣泛用于制備金屬、無機氧化物及高分子納米纖維。目前有關采用靜電紡絲技術合成LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂鋰離子正極材料的報道幾乎沒有。

發明內容

本發明的目的在于提供一種靜電紡絲技術合成LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂納米纖維的制備方法。

一種靜電紡絲技術合成LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂納米纖維的制備方法，其特征在于，該方法步驟如下，

(1)將硝酸鋰、硝酸鎳、硝酸鈷及乙酸錳按摩爾比3：1：1：1溶于去離子水中，再加入絡合劑聚丙烯酸，將配制的混合溶液在60℃～70℃的水浴條件下加熱攪拌2～3h得到透明紅色溶液，然后加入聚乙烯吡咯烷酮攪拌10～12h使其充分溶解均勻，再靜止3～4h得到的前驅體溶液；

(2)在環境溫度為15℃～25℃，環境濕度為35％～65％，固化距離為14cm～19cm，聚四氟乙烯針管和針頭水平橫向傾斜角度為14～16°的條件下進行靜電紡絲制備PVP/LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂復合纖維，用不銹鋼電極作為紡絲溶液的導電棒，負極接收裝置為鋁箔；