[發明專利]一種長徑比可調的一維微納結構錳基鋰離子電池電極材料的通用制備方法

有效

• 申請號: 201610074122.4
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105655573B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 楊則恒;劉樹林;李昇;馬國;張衛新;方立貴;謝中平;王長平;曹宗元;陸劍波;馬紫峰;楊揚
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學;中鹽安徽紅四方股份有限公司;上海中聚佳華電池科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 何梅生,盧敏

技術領域

本發明涉及一種化學電源電極材料的通用制備方法，特別涉及合成一種長徑比可調的一維微納結構錳基鋰離子電池電極材料，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池能夠高效率地進行能量轉換和儲存，已經成為儲能領域發展的關鍵技術，并以其工作電壓高、能量密度大、無記憶效應以及使用壽命長等特點，受到各領域廣泛地的關注。隨著人類社會的不斷進步，便攜式電子產品趨于小型化、輕型化，特別是電動汽車和電網儲能的迅猛發展，商業化的鈷酸鋰電極材料已經滿足不了動力型和儲能型鋰離子電池的要求。因此，設計和開發出生產成本低、安全性高的高能量密度和高功率密度的新型鋰離子電池電極材料具有相當重要的意義。

錳基鋰離子電池電極材料，如xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂、xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_0.5Mn_0.5O₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂、LiMn₂O₄、Zn_xMn_2-xO₄、Ni_xMn_2-xO₄(0＜x＜1)等，因其能量和功率密度高、成本低等優勢，從而得到廣泛的研究。但由于鋰離子電池充放電過程中鋰離子擴散速度較慢，不利于電化學性能的提高，而形貌均勻、單分散的一維微納結構電極材料在充放電過程中能夠保持一致的充放電狀態，同時一維微納結構能縮短鋰離子的擴散路徑，緩沖鋰離子在嵌入和脫出過程中引起的結構應變，提高電極材料的循環穩定性，有效地提高鋰離子電池的電化學性能。因此，制備形貌均勻的一維微納結構鋰離子電池電極材料具有重要意義。

例如，直徑在100-400nm、長度>10μm的LiNi_0.5Mn_1.5O₄多孔納米棒曾被報道通過微乳液法制備，其在1C和20C倍率下放電比容量分別達到140和109mAh·g^-1，在5C倍率下循環500次后容量保持率達到91％(參見：X.L.Zhang,F.Y.Cheng,J.G.Yang,J.Chen,LiNi_0.5Mn_1.5O₄porous nanorods as high-rate and long-life cathodes for Li-ion batteries[J],Nano Letters,2013,13(6):2822-2825.)；直徑100nm、長度>3μm的富鋰Li_0.88[Li_0.18Co_0.33Mn0.49]O₂納米線也曾被報道通過水熱法制備，放電比容量在0.2C和15C倍率下分別達到245和220mAh·g^-1，其在15C倍率下的比容量與0.2C相比，保持率高達90％，顯示了很好的倍率性能(參見：Y.Lee,M.G.Kim,J.Cho,Layered Li_0.88[Li_0.18Co_0.33Mn_0.49]O₂nanowires for fast and high capacity Li-ion storage material[J],Nano Letters,2008,8(3):957-961.)。但是這些方法需要借助表面活性劑構成的微乳液體系或者需要高溫高壓的水熱條件，工藝條件較為復雜，而且還沒有報道過一種通用的能夠合成一系列一維微納結構錳基鋰離子電池電極材料的方法

發明內容