[發明專利]一種合成動力型、納米纖維的三元材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610634450.5
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN107689451A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 尹壯;王興勤;高云;王賽;劉建紅;吳寧寧
• 申請（專利權）人: 中信國安盟固利動力科技有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/36;H01M10/0525;D01D5/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京市京大律師事務所11321
• 代理人: 李光松

技術領域

本發明涉及一種合成動力型LiNi_1/3Co_1/3-xM_xMn_1/3O₂納米纖維的三元材料及其制備方法，用該方法處理后的LiNi_1/3Co_1/3-xM_xMn_1/3O₂納米纖維特別適合用于鋰離子動力電池正極。

背景技術

與其他化學電池相比，鋰離子電池具有電壓高、比容量高、壽命長、無記憶效應、自放電率低、清潔污染小等優點。在全球能源日益短缺和環境問題越來越嚴重的情況下，人們希望用清潔的電動汽車代替交通工具，鋰離子電池就是其中高容量、大功率的理想的動力源，并受到國家推出的相應政策的大力支持。鋰離子電池的迅猛發展為解決環境問題提供了新思路，而且為解決日益嚴重的能源危機問題提供了新的途徑，其中鎳鈷錳三元材料作為鋰離子電池的正極材料越來越受到大家的關注。

然而由于傳統的制備工藝和環境的限制，鎳鈷錳三元材料的電化學性能的發揮仍然不能滿足人們對電動汽車日益增長的動力和續航領域的要求。傳統的鎳鈷錳三元材料的合成方法主要有固相法、共沉淀法、水熱法、溶膠凝膠法等。但是上述的合成方法各有其不足之處，固相法和共沉淀法會形成的團聚的二次顆粒，不利于容量發揮，而水熱法和溶膠凝膠法制備工藝不利于產業化生產。而鎳鈷錳三元材料中鈷元素主要起到抑制陽離子混排，穩定結構的作用，但是其原料價格昂貴，且帶有毒性，因此急需找到可以替代鈷離子的金屬離子對材料進行摻雜，降低成本提高性能。

發明內容

為了克服上述現有技術中鎳鈷錳三元材料的容量發揮不佳與倍率性能差的不足，本發明的首要目的在于提供一種動力型LiNi_1/3Co_1/3-xM_xMn_1/3O₂納米纖維的制備方法。該方法利用靜電紡絲法制備出LiNi_1/3Co_1/3-xM_xMn_1/3O₂納米纖維，顆粒大小均一，電化學反應面積大，有利于三元材料容量發揮；而纖維狀的形貌為鋰離子提供了相對較短的遷移路徑，大大提高了鋰離子的擴散速度，有利于改善材料的倍率性能。

本發明的另一個目的在于提供上述方法制備的摻雜金屬元素M(Mg、Al、Cr和Ti中的一種或幾種)的動力型LiNi_1/3Co_1/3-xM_xMn_1/3O₂納米纖維，該纖維材料相對于現有材料具有更低的陽離子混排率和更好的倍率性能。

本發明的目的通過下述方案實現：

一種合成動力型LiNi_1/3Co_1/3-xM_xMn_1/3O₂納米纖維的制備方法，將聚乙烯吡咯烷酮的乙醇聚合物溶液和原料金屬元素的混合鹽水溶液進行混合攪拌制備前驅體溶液，經過靜電紡絲得到一維的納米纖維，煅燒后得到動力型LiNi_1/3Co_1/3-xM_xMn_1/3O₂納米纖維。

所述LiNi_1/3Co_1/3-xM_xMn_1/3O₂分子式中，x的取值范圍為0＜x≤0.05。

所述聚合物溶液通過在無水乙醇加入聚乙烯吡咯烷酮攪拌形成，其中，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的質量分數為9.9～12.34％。

優選地，將聚乙烯吡咯烷酮加入無水乙醇中磁力攪拌8-15h為宜(20～30℃)。

所述混合鹽水溶液(在去離子水中加入鋰源、鎳源、鈷源、錳源和摻雜金屬源溶解后的混合鹽水溶液)中，鎳源的濃度為0.125～0.315mol/L，鈷源和鎂源的濃度和、鎳源以及錳源的濃度三者相等，鋰源的濃度為鎳源、鈷源、錳源和摻雜金屬源的總和的1～1.1倍。

優選地，將鋰源、鎳源、鈷源、錳源和摻雜金屬源加入去離子水中超聲分散10～30min使其充分溶解(20～30℃)。