CN102386418A - 锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法 - Google Patents

锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102386418A
CN102386418A CN2011103409702A CN201110340970A CN102386418A CN 102386418 A CN102386418 A CN 102386418A CN 2011103409702 A CN2011103409702 A CN 2011103409702A CN 201110340970 A CN201110340970 A CN 201110340970A CN 102386418 A CN102386418 A CN 102386418A
Authority
CN
China
Prior art keywords
anode material
lithium
preparation
ion battery
mixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011103409702A
Other languages
English (en)
Inventor
徐锦锦
舒杰
水淼
任元龙
徐丹
高珊
崔佳
侯璐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo University
Original Assignee
Ningbo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo University filed Critical Ningbo University
Priority to CN2011103409702A priority Critical patent/CN102386418A/zh
Publication of CN102386418A publication Critical patent/CN102386418A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将硼酸、硝酸锂和硝酸锰按摩尔比1：1：1.01的比例混合后，溶于蒸馏水中，加热搅拌蒸干直至形成胶状物质；（2）将胶状物质置于烘箱中，在120℃下烘干后，研磨粉碎得混合物料；（3）将混合物料在体积比为1：20的氢气和氩气的混合气体保护下，以每分钟2℃的速率升温到750℃；然后在体积比为1：15的乙炔和氩气的混合气体，在750℃下反应8小时后，自然冷却即得到正极材料，优点是该正极材料的颗粒呈球形、粒径分布均匀、电子电导率高、结晶度高，降低正极材料制备成本，同时提高了材料的电化学性能。

Description

锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料，尤其是涉及一种锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法。
背景技术
在各种化学电源之中，锂离子电池因其具有工作电位高、比能量大、比功率高、循环寿命长、无记忆效应、重量轻和无污染等优点而被广泛应用在通讯设备、电动工具、储能装置、电动车及混合动力车上。锂离子电池一般由正极材料、负极材料、电解液、隔膜、集流体和外壳等多个部分组成，在这些组成部分之中，正极材料是锂离子电池最主要的组成部分和能量储存的关键物质，其成本约占整个电池的40%左右，因此，正极材料的组成、制备工艺和性能很大程度上决定了锂离子电池的最终性能和价格。
目前研究开发的锂离子电池正极材料中，磷酸盐正极材料是一个研究开发的热点，但是磷酸盐正极材料的质量比容量比较低，如磷酸锰锂（LiMnPO4）的理论质量比容量只有171mAh/g，这不能很好满足社会对高容量电池材料的需求，相比之下，硼酸锰锂（LiMnBO3）是一种新型的聚阴离子正极材料，在结构中以更轻的硼酸根替代了磷酸根，使得硼酸锰锂具有更高的容量，其理论质量比容量可达222mAh/g。同时，正是由于这种结构优势使得LiMnBO3具有良好的可逆性、优异的化学及电化学稳定性，因此，LiMnBO3是一种非常有开发前景的锂离子电池正极材料。
现有的锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法，主要是在惰性气体保护下的高温固相多步反应法，但是这类合成工艺由于中间步骤过多使得制备技术具有过程复杂多变、能耗过大、成本较高等缺点，并且所得到的材料纯度不高、颗粒较大且不均匀、结晶度低、电子电导率低和电化学性能较差，因此，这类方法不利于实现工业化大规模生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用一步反应制备碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的方法，该制备方法中合成碳纳米管复合硼酸锰锂的原材料来源广泛，可控性好、重现性高，能耗低，所得到的碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的颗粒呈球形、粒径分布均匀、电子电导率高、结晶度高，从而在降低正极材料制备成本的同时，提高了材料的电化学性能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硼酸、硝酸锂和硝酸锰按摩尔比1：1：1.01的比例混合后，溶于蒸馏水中，在室温下搅拌2小时使得溶液混合均匀后，将溶液加热到80℃，边搅拌边蒸干溶液中的水分，直至形成胶状物质；
（2）将步骤（1）得到的胶状物质置于烘箱中，在 120℃下烘干后，研磨粉碎得混合物料；
（3）将所得的混合物料在体积比为1：20的氢气和氩气的混合气体保护下，以每分钟2℃的速率升温到750℃；然后将氢气和氩气的混合气体置换成体积比为1：15的乙炔和氩气的混合气体，在750℃下反应8小时后，自然冷却到室温，即得到锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料。
步骤（1）中所述的硼酸在所述的蒸馏水中的浓度为0.5mol /L。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）该方法原料来源广泛，技术可控性好、重现性高。应用本方法合成的碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的粒径在500纳米左右，颗粒的分散性好、结晶度高，具有较高的可逆容量和良好的循环寿命，能满足锂离子电池实际应用的各种需要；
（2）本发明充分利用了我国丰富的锰矿和硼矿资源来开发锂离子电池，从制造材料的源头上降低了锂离子电池的实际成本，特别适合工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例中所得的碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的X射线粉末衍射图；
图2为为本发明实施例中所得的碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的扫描电子显微镜图；
图3为本发明实施例中所得的碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的循环性能曲线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
下面用实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此，保护范围以权力要求为准。
具体实施例
取3.09g硼酸、3.45g硝酸锂和17.9g硝酸锰溶于100ml蒸馏水，在室温下搅拌2小时使得溶液混合均匀，随后，升温至80℃，边搅拌边蒸干溶液中的水分，直至形成胶状物质；再将所得的胶状物质在烘箱中于120℃下烘干后，研磨粉碎得混合物料。接着，将所得的混合物料在体积比为1：20的氢气和氩气的混合气体保护下，以每分钟2℃的速率升温到750℃；然后，将气体换成体积比为1：15的乙炔和氩气的混合气体，在750℃下反应8小时；最后，自然冷却到室温，即得所需的碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料。如图1所示，X射线粉末衍射分析表明所得的产物为LiMnBO3，没有其他任何杂相，结晶度高；如图2所示，从扫描电子显微镜分析得知所得产物为碳纳米管包覆硼酸锰锂的复合材料，其中LiMnBO3的粒径为500nm左右；如图3所示，将所得的产物作为正极，金属锂片作为负极，在充满氩气的手套箱中组装成实验扣式锂离子电池，以0.05C的倍率在1.5-4.5V电位区间内进行充放电循环，可得首次充电容量为204.8mAh/g，放电容量为184.0mAh/g，循环20周后的可逆容量为176.7mAh/g, 显示了优异的电化学性能。
上述实施例中硼酸、硝酸锂和硝酸锰的混合比满足摩尔比1：1：1.01即可。

Claims (2)

1.一种锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将硼酸、硝酸锂和硝酸锰按摩尔比1：1：1.01的比例混合后溶于蒸馏水中，在室温下搅拌2小时使得溶液混合均匀后，将溶液加热到80℃，边搅拌边蒸干溶液中的水分，直至形成胶状物质；
（2）将步骤（1）得到的胶状物质置于烘箱中，在 120℃下烘干后，研磨粉碎得混合物料；
（3）将所得的混合物料在体积比为1：20的氢气和氩气的混合气体保护下，以每分钟2℃的速率升温到750℃；然后将氢气和氩气的混合气体置换成体积比为1：15的乙炔和氩气的混合气体，在750℃下反应8小时后，自然冷却到室温，即得到锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的硼酸在所述的蒸馏水中的浓度为0.5mol /L。
CN2011103409702A 2011-11-02 2011-11-02 锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法 Pending CN102386418A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103409702A CN102386418A (zh) 2011-11-02 2011-11-02 锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103409702A CN102386418A (zh) 2011-11-02 2011-11-02 锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102386418A true CN102386418A (zh) 2012-03-21

Family

ID=45825580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011103409702A Pending CN102386418A (zh) 2011-11-02 2011-11-02 锂离子电池碳纳米管包覆硼酸锰锂正极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102386418A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887496A (zh) * 2014-03-27 2014-06-25 山东大学 一种高性能锂离子电池正极材料LiMBO3@C复合材料的制备方法
CN104821390A (zh) * 2015-04-24 2015-08-05 中南大学 一种锂离子电池正极材料硼酸锰锂/石墨烯及其制备方法
CN105609721A (zh) * 2015-12-30 2016-05-25 中南大学 一种三维碳网包覆的硼酸锰锂复合正极材料的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102191527A (zh) * 2010-03-13 2011-09-21 中国科学院合肥物质科学研究院 颜色可精确调控的多孔氧化铝-碳纳米管复合薄膜及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102191527A (zh) * 2010-03-13 2011-09-21 中国科学院合肥物质科学研究院 颜色可精确调控的多孔氧化铝-碳纳米管复合薄膜及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAE CHUL KIM ET AL: "Synthesis and Electrochemical Properties of Monoclinic LiMnBO3 as a Li Intercalation Material", 《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》, vol. 158, no. 3, 20 January 2011 (2011-01-20), pages 309 - 315, XP055006244, DOI: doi:10.1149/1.3536532 *
LING CHEN ET AL: "Structure and electrochemical properties of LiMnBO3 as a new cathode material for lithium-ion batteries", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》, vol. 494, 31 December 2010 (2010-12-31), pages 415 - 419, XP002606644, DOI: doi:10.1016/J.JALLCOM.2010.01.065 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887496A (zh) * 2014-03-27 2014-06-25 山东大学 一种高性能锂离子电池正极材料LiMBO3@C复合材料的制备方法
CN103887496B (zh) * 2014-03-27 2016-04-06 山东大学 一种高性能锂离子电池正极材料LiMBO3@C复合材料的制备方法
CN104821390A (zh) * 2015-04-24 2015-08-05 中南大学 一种锂离子电池正极材料硼酸锰锂/石墨烯及其制备方法
CN105609721A (zh) * 2015-12-30 2016-05-25 中南大学 一种三维碳网包覆的硼酸锰锂复合正极材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110226252B (zh) 一种聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法
CN105742602B (zh) 一种钠离子电池负极用Sn/MoS2/C复合材料及其制备方法
CN105845889B (zh) 一种NiCo2O4复合材料及其制备方法和其在锂离子电池上的应用
CN101950804B (zh) 一种制备锂离子电池球形SnS2负极材料的方法
CN103779559B (zh) 锂离子电池正极材料Li2Mn1-XMXSiO4/C的制备方法
CN110326136B (zh) 一种新型高电位多层碳包覆聚阴离子型钠离子电池正极材料及其制备方法
CN104332629B (zh) 一种磷酸锰锂中空纳米球的制备方法及产品
CN105006551A (zh) 一种钠离子电池磷化锡/石墨烯负极复合材料及其制备方法
CN101800304A (zh) 一种异取向球形天然石墨负极材料及其制备方法
CN102386408B (zh) 一种锂离子电池硼酸锰锂正极材料的制备方法
CN110444740A (zh) 一种借助苯胺聚合限域作用合成石墨烯/碳包覆磷酸铁锂小尺度纳米复合材料的方法
CN111994890A (zh) 磷酸钒钠复合正极材料及其制备方法
CN110615480A (zh) 一种动态水热法制备层状锰酸锂材料的方法
CN102800858A (zh) 铁氧化物基锂离子电池负极材料的制备方法及用途
CN103996852A (zh) 一种新型纳米磷酸钒锂正极材料的制备方法
CN108448098B (zh) 一种花状结构钠离子电池正极材料Na2CoFe(CN)6的制备方法
CN102079530A (zh) 一种溶胶凝胶技术制备锂离子电池正极材料硼酸铁锂的方法
CN110444741A (zh) 石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料及其制备方法和用途
CN103996823B (zh) 一种动力锂离子电池用三元聚阴离子磷酸盐/碳正极材料的快速微波反应制备方法
CN102208624A (zh) 一种低温固相法制备碳包覆磷酸亚铁锂正极材料的方法
CN101764217A (zh) 一种纳米级磷酸铁锂的制备方法
CN102903918A (zh) 一种磷酸锰锂纳米片的制备方法
CN104617297B (zh) 一种熔盐法制备锂离子电池正极材料LiMnBO3的方法
CN106025180A (zh) 核壳结构锂离子电池负极材料GeO2/C及其制备方法
CN105810910A (zh) 一种Na2-2xFe1+xP2O7/碳复合材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120321