[發(fā)明專利]一種鎳、鈦摻雜錳酸鋰納米顆粒的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910989346.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110697800A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李星;劉語(yǔ)舟;黃水平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G53/00
• 分類號(hào): C01G53/00;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 11403 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司
• 代理人: 李翔

本發(fā)明公開(kāi)了一種鎳、鈦摻雜錳酸鋰納米顆粒的制備方法，在本發(fā)明中以鈦酸四丁酯、乙酸鎳·四水合物、乙酸鎳·四水合物、醋酸鋰為主要原料，加入適量的聚乙烯吡咯烷酮高分子作為粘合劑，在高電壓條件下利用靜電紡絲技術(shù)，制備靜電紡絲產(chǎn)品；然后將靜電紡絲產(chǎn)品在馬弗爐中空氣氛圍下進(jìn)行燒結(jié)得到一種鎳、鈦摻雜錳酸鋰納米顆粒。本發(fā)明制得的鎳、鈦摻雜錳酸鋰納米顆粒作為鋰離子電池的負(fù)極材料具有良好的電化學(xué)性能，在整個(gè)制備過(guò)程中，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，適合批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及到一種鎳、鈦摻雜錳酸鋰納米顆粒的制備方法。

背景技術(shù)

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1～100nm)或以納米結(jié)構(gòu)作為基本單元構(gòu)成的材料。納米材料具有小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)等特殊效應(yīng)，由于具有這些特性，使納米材料在光學(xué)材料、電子材料、磁性材料以及高強(qiáng)度、高密度材料的燒結(jié)、催化、傳感等方面有廣闊的應(yīng)用前景，不僅應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钪校粦?yīng)用于我國(guó)航天航空事業(yè)當(dāng)中。一維納米材料合成方法主要包括靜電紡絲法、水熱法、化學(xué)氣相沉積法等方法，其中靜電紡絲技術(shù)是制備連續(xù)納米纖維最簡(jiǎn)單有效的方法，納米纖維具有長(zhǎng)徑比大、孔隙率高等特性，在新型多功能納米材料的研究中得到廣泛應(yīng)用，靜電紡絲技術(shù)由于操作簡(jiǎn)單、方法可控而被用于制備各種無(wú)機(jī)含碳納米材料，如碳材料、金屬氧化物、磷化物、硫化物等，得到的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性和快速的電子離子傳輸路徑，因此被廣泛用于二次電池電極材料，其一維結(jié)構(gòu)及大的比表面積等優(yōu)勢(shì)極大的提高了電化學(xué)性能。

目前常用能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換裝置主要有鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛酸蓄電池和鋰離子電池等。其中，由于鋰離子電池具有工作電壓高、比能量高、質(zhì)量輕、環(huán)保、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，而備受關(guān)注，人們對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，現(xiàn)在鋰離子電池已普遍應(yīng)用于人類的日常生活中，小到手機(jī)、電腦、相機(jī)等日常用品，大到汽車、航空航天、人造衛(wèi)星及軍用通訊設(shè)備等領(lǐng)域。

近年來(lái)，尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄由于其成本低、環(huán)境友好、放電電壓高等性能而引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。為了提高尖晶石材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的電化學(xué)性能，科學(xué)家們采取了一些措施，其中一個(gè)改進(jìn)措施是用其它過(guò)渡金屬元素代替部分鎳或錳。T.A.Arunkumar等人探究了不同含量的鉻代替LiNi_0.5Mn_1.5O₄中的部分鎳時(shí)，其電化學(xué)性能會(huì)有所不同，當(dāng)鉻元素的最適摻雜比例為0.1，即分子式為L(zhǎng)iMn_1.45Ni_0.45Cr_0.1O₄時(shí)性能提高最好，其在更高電流率下的循環(huán)性能也得到改善(Electrochimica Acta,2005,50:5568-5572)。Y.K.Sun等人研究了不同含量的鋅元素?fù)诫s對(duì)LiNi_0.5Mn_1.5O₄性能的影響(ElectrochemistryCommunications,2002,4:344-348)。人們還研究了摻雜其他元素如Li、Mg、Fe和Co等對(duì)LiNi_0.5Mn_1.5O₄性能的影響，目的是增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，提高其電化學(xué)性能。D.Gryffroy等人采用溶液會(huì)發(fā)法制備了尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.2Ti_0.3O₄化合物，并研究了化合物的結(jié)構(gòu)和磁性(Journal of Physics and Chemistry of Solids,1992,53(6),717-784)。G.Q.Liu等人采用溶膠凝膠法用鈦元素取代了部分錳元素成功制備了立方尖晶石型、空間群為Fd3m的LiNi_0.5Mn_1.2Ti_0.3O₄納米顆粒(Journal of Alloys and Compounds,2009,484:567-569)，其對(duì)應(yīng)的XRD卡片為ICSD No:70025，在電流密度為1C下，所制備的納米顆粒作為鋰電池的正極材料充放電循環(huán)15圈，其容量只有76mAh·g^-1，容量較低。