鋰鎳錳氧材料前驅體及制備方法、鋰鎳錳氧材料及制備方法、鋰離子電池技術

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鋰離子電池
，具體涉及一種鋰鎳錳氧材料前驅體及制備方法、鋰鎳錳氧正材料及制備方法、鋰離子電池。
技術介紹
近年來，隨著能源環境問題的日益嚴重以及電子產品輕型化的要求，人們對鋰離子二次電池的研究不斷深入。而正極材料是 鋰離子電池的重要組成部分，也是鋰離子電池中成本比例最高的部分。在高壓電解質問題解決之后，5V級的鋰離子電池新型正極材料備受關注。LiNia5Mnh5O4材料作為鋰離子電池的正極材料，在充放電過程中主要存在4. 7V的電壓平臺，且理論比容量可達到146. 7mAh/g，具有更高的能量密度，有希望作為動力電池得到廣泛的應用，故成為當今鋰離子電池研究的熱點。目前LiNia5MnL 504材料的制備方法有很多種，普遍采用的有固相合成法、微波法及溶膠-凝膠法。這些制備方法很難實現LiNia5Mr^5O4材料中的各個成分在原子水平上的均勻混合，最后得到的產物的成分不均一，且壓實密度不高(約為2. 5g/cm3)，因此LiNia5Mr^5O4材料作為鋰離子電池正極材料的效果很不理想。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種鋰鎳錳氧材料前驅體及制備方法、鋰鎳錳氧正材料及制備方法、鋰離子電池，該鋰鎳錳氧材料前驅體中的錳在內層中的占比最高，該Nia5Mnh5 (OH)4材料成核穩定，從而使得Nia5Mnh5 (OH)4材料的結構致密，整體結構最穩定。解決本專利技術技術問題所采用的技術方案是提供一種鋰鎳錳氧材料前驅體，其分子式為Nia5Mnh5 (OH)4 ;且由三層構成，其中前驅體內層為鎳含量小于1/4，錳含量大于3/4的二元材料，所述前驅體內層的分子式為 Ni (ο. 5-x)Mn(L5+x) (OH) 4,0〈χ〈0· 5;前驅體外層為鎳含量大于1/4，錳含量小于3/4的二元材料，所述前驅體外層的分子式為 Ni(0.5+y)Mn(1.5_y) (OH) 4，0〈y〈l· 5;所述前驅體內層與所述前驅體外層之間的前驅體中間層為所述前驅體內層和所述前驅體外層之間的濃度梯度復合材料。本專利技術還提供一種制備上述的鋰鎳錳氧材料前驅體的方法，包括以下步驟( I)配置鎳鹽和錳鹽的混合溶液得到鎳和錳的二元鹽溶液A，其中，鎳和錳的摩爾比為(0.5-x) (1. 5+x)，以一定速率向反應釜中注入所述鎳和錳的二元鹽溶液A，同時注入堿溶液，調節堿溶液的流速保持混合溶液的PH值為10 12，制得Ni(a 5_x)Mn(1.5+x) (OH)4,形成所述前驅體內層，其中，0〈x〈0. 5 ；(2)在下述向反應釜中注入所述鎳和錳的二元鹽溶液A和鎳和錳的二元鹽溶液B過程中，調節注入的堿溶液的流速保持混合溶液的pH值為1(Γ12 ；配置鎳鹽和錳鹽的混合溶液得到鎳和錳的二元鹽溶液B，其中，鎳和錳的摩爾比為(0.5+y) (1. 5-y)，以遞減速率向反應釜中注入所述鎳和錳的二元鹽溶液A，與此同時，以遞增速率向反應釜中注入所述鎳和錳的二元溶液B，制得所述的前驅體中間層，其中，0<y<l. 5 ；(3)當所述鎳和錳的二元鹽溶液A注入速度降至零后，以一定速率繼續向反應釜中注入所述鎳和錳的二元鹽溶液B，同時注入堿溶液，調節堿溶液的流速保持混合溶液的PH值為10 12，制得Ni(Q.5+y)Mn(1.5_y) (OH) 4，形成所述前驅體外層，其中，0〈y〈l. 5 ;(4)將反應釜中的固液混合物通過離心過濾、洗滌、干燥得到沉淀固體，其分子式為 Nia5Mnh5 (OH)4。 優選的是，所述步驟(2)中，在下述向反應釜中注入所述鎳和錳的二元鹽溶液A和鎳和錳的二元鹽溶液B過程中，調節注入的堿溶液的流速保持混合溶液的pH值為1(Γ12 ；配置鎳鹽和錳鹽的混合溶液得到鎳和錳的二元鹽溶液B，其中，鎳和錳的摩爾比為(0.5+y) (1. 5-y)，以每小時降低10(Tl000ml的遞減速率向反應釜中注入所述鎳和錳的二元鹽溶液A，與此同時，從零開始以每小時增加10(Tl000ml的遞增速率向反應釜中注入所述鎳和錳的二元溶液B，制得所述的前驅體中間層，其中，0〈y〈l. 5。優選的是，注入到所述反應釜內的所述鎳和錳的二元鹽溶液A與所述鎳和錳的二元鹽溶液B的總體積比為(I 10) (10 I)。優選的是，注入到所述反應釜內的所述鎳和錳的二元鹽溶液A中的鎳與錳的總摩爾濃度與所述鎳和錳的二元鹽溶液B中的鎳和錳的總摩爾濃度的比為(I 4Γ(4 I)。優選的是，所述鎳鹽為硝酸鎳、醋酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳中的一種或幾種；和/或所述錳鹽為硝酸錳、醋酸錳、硫酸錳、氯化錳中的一種或幾種。本專利技術還提供一種LiNia5Mnh5O4材料，其是由上述的鋰鎳錳氧材料前驅體制備的。本專利技術還提供一種LiNia5MnuO4材料的制備方法，將鋰鹽與上述的鋰鎳錳氧材料前驅體 Nitl 5Mn15 (OH)4 按照摩爾比 Li Ni Mn= (1. 02 1. 05) O. 5 1. 5 混合，在空氣氣氛下，灼燒制備得到鋰鎳錳氧正極材料。優選的是，所述鋰鹽為碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、硝酸鋰、氧化鋰中的一種或幾種。優選的是，在空氣氣氛下灼燒的具體方法為在30(T500°C下灼燒f IOh ;再在80(T95(TC下，灼燒2 24小時；再降溫至50(T70(TC下，灼燒2 24小時，制備得到鋰鎳錳氧正極材料。本專利技術還提供一種鋰離子電池，其正極含有上述的LiNia5Mnh5O4材料。本專利技術制備的鋰鎳錳氧材料前驅體Nia5Mnh5 (OH) 4為具有一定濃度梯度的材料，該Nia5Mnh5 (OH)4材料中的錳是非活性的，主要起到了穩定Nia5Mnh5 (OH)4材料的結構的作用。Nia5Mnh5 (OH)4 材料的內層為 Ni(Qjx)Mna5^) (OH)4, Ni0.5MnL5 (OH) 4 材料的外層為Ni(0.5+y)Mn(L5_y) (OH)4, Nia5Mnh5 (OH) 4 材料的中間層為內層 Ν ((ι.5_χ)Μη(1.5+χ) (OH)4 和外層Ni(0.5+y)Mn(1.5_y) (OH) 4之間的濃度梯度復合材料。該Nia5Mnh5 (OH)4材料中錳在各層材料中的占比由內向外逐漸降低，由于錳主要起穩定Nia5Mnh5 (OH)4材料的結構的作用，所以相對外層，錳在內層中的占比最高，該Nia5Mnh5 (OH)4材料成核穩定，從而使得Nia5Mnh5 (OH)4材料的結構致密，整體結構最穩定。通過共沉淀法制備的鋰鎳錳氧材料前驅體Nia5Mr^5(OH) 4實現了原子水平上的混合均勻，壓實密度顯著提高。附圖說明圖1是本專利技術實施例10制備的LiNia5Mnh5O4材料的XRD圖；圖2是本專利技術實施例10制備的LiNia5Mnh5O4材料的掃描電鏡圖；圖3是本專利技術實施例10制備的LiNia5Mnh5O4材料制成的鋰離子電池的充放電循環性能測試圖。具體實施方式 為使本領域技術人員更好地理解本專利技術的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細描述。實施例1本實施例提供一種鋰鎳錳氧材料前驅體的方法包括以下步驟( I)配置硝酸鎳和硝酸錳的混合溶液得到8L的鎳和錳的二元鹽溶液A，其中，鎳和錳的摩爾比為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰鎳錳氧材料前驅體，其特征在于，其分子式為Ni0.5Mn1.5（OH）4；且由三層構成，其中：?前驅體內層為鎳含量小于1/4，錳含量大于3/4的二元材料，所述前驅體內層的分子式為Ni(0.5?x)Mn(1.5+x)（OH）4，0

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱廣燕，陳效華，劉三兵，劉云建，
申請(專利權)人：奇瑞汽車股份有限公司，
類型：發明
國別省市：