CN103633316A - 一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法 - Google Patents

一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103633316A
CN103633316A CN201310652542.2A CN201310652542A CN103633316A CN 103633316 A CN103633316 A CN 103633316A CN 201310652542 A CN201310652542 A CN 201310652542A CN 103633316 A CN103633316 A CN 103633316A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
lini
nano particle
distilled water
nano
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
CN201310652542.2A
Other languages
English (en)
Inventor
夏晖
万云海
洪彩云
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.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
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 Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201310652542.2A priority Critical patent/CN103633316A/zh
Publication of CN103633316A publication Critical patent/CN103633316A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2超细纳米颗粒的方法，将Mn(CH3COO)2·4H2O和Ni(CH3COO)2·4H2O加入蒸馏水,搅拌一段时间后得溶液A；再向其中加入(NH4)2S2O8搅拌得溶液B；将一定量LiOH·H2O溶于蒸馏水中得溶液C，将溶液C迅速倒入溶液B中搅拌得溶液D；将溶液D倒入水热反应釜中，并将水热反应釜放入电热鼓风干燥箱中反应，反应结束后自然冷却到室温，将所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入真空干燥箱内干燥即可得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。该方法制备的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒具有较好的结晶度和超细的颗粒尺寸，并有较好的电化学性能。由于本发明采用简单的一步水热法制备工艺，反应在液相中一次完成，不需要后期处理，并且工艺设备简单，适合于大批量合成LiNi0.5Mn0.5O2纳米粉末用于锂离子电池正极材料。

Description

一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法
技术领域
本发明属于电化学材料技术领域，具体为一种一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法。
背景技术
与其他二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势，已成为化学电源应用领域中最具竞争力的电池。锂离子电池目前主要用于手机、笔记本电脑、电动工具、电子产品等方面，未来将应用于电动汽车、电动自行车、航天航空、军事移动通信工具和设备等领域。对我国而言，汽车污染日益严重，尾气、噪音等对环境的破坏到了必须加以控制和治理的程度，特别是在一些人口稠密、交通拥挤的大中城市情况变得更加严重。在这种形势下对电动汽车的需求日益强烈。目前电动汽车、插拔式电动汽车和混合动力汽车的动力电池市场将进入快速增长期，而锂离子电池在其中的份额也在不断扩大，并有可能在将来呈现爆发式增长。锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能。可以认为正极材料是电池中锂离子之源，其性能直接关系到电池性能，是锂电能量密度的基础，是锂电池中最关键的功能材料。
正极材料一般采用具有高插入电位的过渡金属氧化物。按照其框架结构与锂离子的相对分布分，可用的正极材料可大致分为层状结构、尖晶石结构和橄榄石结构。目前全世界研究的正极材料主要集中在层状结构的LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、尖晶石结构的LiMn2O4、橄榄石结构的LiFePO4化合物及其衍生物上。其中LiCoO2已经实现商业化生产，并且在轻便电子设备如手机、笔记本电脑等领域被广泛用作锂离子电池正极材料。但是，受钴资源缺乏的制约及LiCoO2不安全性的影响，LiCoO2在大容量电池中的应用受到限制。为此，近年来许多研究小组进行了大量的工作，力图研制出比LiCoO2价格更低、容量更高、安全性更好的新型正极材料。
由于目前已有的单一正极材料都有各种各样的缺陷，那么综合两种或多种正极材料，通过协同作用避开缺陷以达到最优的使用性能是很有必要的，其所得到的正极材料就称为多元材料。因为LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2都具有层状结构，且Co、Ni、Mn是属于同一周期相邻的几个元素，具有相似的核外电子排布，原子半径比较接近，因此许多研究者希望通过Co、Ni、Mn互相掺杂，结构互补得到性能更优异的正极材料。目前，研究的这类材料有Co、Ni、Mn之间的二元组合，三元组合，如LiNi1-xCoxO2、LiMn1-xCoxO2、LiNi1-xMnxO2及LiNi1-x-yCoxMnyO2等。其中与LiCoO2具有相同层状结构的二元材料LiNi0.5Mn0.5O2倍受关注。它具有成本低、热安全性显著优于LiCoO2、且比容量较大等优点。但是这种材料的缺点是电导率较低，而传统的固相烧结法和共沉淀法所合成的粉末颗粒尺寸较大，无法满足动力电池快速充放电的需求。而具有纳米尺寸的LiNi0.5Mn0.5O2颗粒，因其缩短的锂离子和电子扩散路径，具有快速充放电性能，被认为是极具开发前景的动力锂离子电池的新型正极材料。
目前LiNi0.5Mn0.5O2制备还是以需要高温的固相烧结为主，但固相烧结工艺具有能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等缺点，故研究其它可以取代其成为工业制备LiNi0.5Mn0.5O2的合成工艺尤为重要，而在各种合成方法中，相比于固相法，共沉淀法，溶胶凝胶法，喷雾干燥法，离子交换法等方法而言水热反应的均相成核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。且其具有产物纯度高，分散性好、粒度易控制等优点。而目前对于LiNi0.5Mn0.5O2的水热制备的研究还不完善，制备出的材料在电化学性能方面并不能让人满意，故此研究新型的LiNi0.5Mn0.5O2的水热制备方法尤为必要。而且，制备兼具纳米尺寸和高结晶度的LiNi0.5Mn0.5O2粉体是目前正极材料开发的一个难点。因此，开发一种新型、简便、快捷的合成工艺，能够大批量的制备具有纳米尺度和高结晶度的LiNi0.5Mn0.5O2粉体材料是极为迫切的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单，无需保护气氛，且反应温度低，能耗小的一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法。
本发明采用的技术解决方案是：一种一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法，包括如下步骤：
1)按照1:1的摩尔比称取分析纯的Mn(CH3COO)2·4H2O,Ni(CH3COO)2·4H2O加入蒸馏水溶解,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量与Mn(CH3COO)2·4H2O等摩尔量的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量LiOH·H2O溶于蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在200～260℃，反应8～168h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
步骤1中所述的溶液A中Mn(CH3COO)2、Ni(CH3COO)2摩尔浓度不低于0.05mol/L。
步骤3中所述的溶液C中LiOH摩尔浓度为0.6-2.4mol/L，LiOH与Mn(CH3COO)2·4H2O的摩尔比为12-48:1。
步骤6中所述的干燥采用真空干燥箱，干燥温度不高于500℃。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明采用简单的一步水热反应制备工艺，反应在液相中一次完成，步骤简单，不需要后期处理，并且工艺设备简单，可重复性高，适合大批量生产。所得的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒直径为15～25纳米，且粒子分布均匀，结晶度高，电化学性能优良。该方法反应温度低，大大降低了能耗，节约了成本，并且操作简单。目前没有采用该方法制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的报道。
附图说明
图1是在实例1条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的典型充放电曲线图（a）和充放电循环图（b）。
图2是在实例2条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的典型充放电曲线图（a）和充放电循环图（b）。
图3是在实例3条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的典型充放电曲线图（a）和充放电循环图（b）。
图4是在实例4条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的SEM图。
图5是在实例4条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的XRD图。
图6是在实例4条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的典型充放电曲线。
图7是在实例4条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的充放电循环图。
图8是在实例5条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的典型充放电曲线图（a）和充放电循环图（b）。
图9是在实例6条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的典型充放电曲线图（a）和充放电循环图（b）。
图10是在实例7条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的典型充放电曲线图（a）和充放电循环图（b）。
图11是在实例8条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的典型充放电曲线图（a）和充放电循环图（b）。
图12是在对比例1条件下得到的材料的典型充放电曲线图。
图13是在对比例2条件下得到的材料的典型充放电曲线图。
具体实施方式
本发明中LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的晶体结构使用X射线衍射仪（岛津XRD-6000型）进行测定。而其形貌使用扫描电子显微镜（SEM-S-4800）来进行测定。
本发明中LiNi0.5Mn0.5O2电极的电化学性能采用Solartron 1287电化学工作站和实验室自制的Swagelok类型的电池进行测试。电池采用金属锂箔作为对电极和参比电极，LiNi0.5Mn0.5O2作为工作电极，以及1M LiPF6（EC/DEC,1:1体积比）作为电解液。电池于充有氩气的手套箱之中进行装配。电池的充放电实验是在新威（Newware）电池测试系统上进行的。
实施例1
1)称量0.75mmol Mn(CH3COO)2·4H2O和0.75mmol Ni(CH3COO)2·4H2O加入15ml蒸馏水,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量0.75mmol的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量1.5g LiOH·H2O溶于15ml蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入50ml水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在200℃，反应36h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入90℃的真空干燥箱内干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
本实例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图1，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。该电池的充放电测试结果表明该纳米正极材料的首周容量可达到在94.3mAh·g-1,而50周后其容量降低为40.5mAh·g-1，容量保持率为43%。
实施例2
1)称量0.75mmol Mn(CH3COO)2·4H2O和0.75mmol Ni(CH3COO)2·4H2O加入15ml蒸馏水，置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量0.75mmol的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量1.5g LiOH·H2O溶于15ml蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入50ml水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在220℃，反应36h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入90℃的真空干燥箱内干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
本实例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图2，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。该电池的充放电测试结果表明该纳米正极材料的首周容量可达到在105mAh·g-1,而50周后其容量降低为57.4mAh·g-1，容量保持率为55%。
实施例3
1)称量0.75mmol Mn(CH3COO)2·4H2O和0.75mmol Ni(CH3COO)2·4H2O加入15ml蒸馏水,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量0.75mmol的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量1.5g LiOH·H2O溶于15ml蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入50ml水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在240℃，反应36h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入90℃的真空干燥箱内干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
本实例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图3，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。该电池的充放电测试结果表明该纳米正极材料的首周容量可达到在118mAh·g-1,而50周后其容量降低为77.8mAh·g-1，容量保持率为66%。
实施例4
1)称量0.75mmol Mn(CH3COO)2·4H2O和0.75mmol Ni(CH3COO)2·4H2O加入15ml蒸馏水,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量0.75mmol的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量1.5g LiOH·H2O溶于15ml蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入50ml水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在240℃，反应168h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入90℃的真空干燥箱内干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
将所得的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒用扫描电子显微镜（SEM）(图4)进行观察，从照片可以看出所制备的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒直径为15～25纳米，且粒子分布均匀。而用X射线衍射仪测得的XRD图谱（图5）与LiNi0.5Mn0.5O2标准图谱相对应，可以说明所的物质确实是LiNi0.5Mn0.5O2，且不含杂质相。而使用新威（Newware）电池测试系统测得的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的恒流充放电图（图6）和容量图（图7）显示LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒在2.5～4.3V间具有高达137.5mAh·g-1的容量，且具有较好的循环性。
实施例5
1)称量0.75mmol Mn(CH3COO)2·4H2O和0.75mmol Ni(CH3COO)2·4H2O加入15ml蒸馏水,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量0.75mmol的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量0.5g LiOH·H2O溶于15ml蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入50ml水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在240℃，反应36h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入90℃的真空干燥箱内干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
本实例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图8，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。该电池的充放电测试结果表明该纳米正极材料的首周容量可达到在50mAh·g-1,而50周后其容量降低为27.3mAh·g-1，容量保持率为55%。
实施例6
1)称量0.75mmol Mn(CH3COO)2·4H2O和0.75mmol Ni(CH3COO)2·4H2O加入15ml蒸馏水,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量0.75mmol的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量1.0g LiOH·H2O溶于15ml蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入50ml水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在240℃，反应36h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入90℃的真空干燥箱内干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
本实例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图9，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。该电池的充放电测试结果表明该纳米正极材料的首周容量可达到在94mAh·g-1,而50周后其容量降低为55.7mAh·g-1，容量保持率为59%。
实施例7
1)称量0.75mmol Mn(CH3COO)2·4H2O和0.75mmol Ni(CH3COO)2·4H2O加入15ml蒸馏水,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量0.75mmol的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量1.5g LiOH·H2O溶于15ml蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入50ml水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在240℃，反应8h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入90℃的真空干燥箱内干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
本实例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图10，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。该电池的充放电测试结果表明该纳米正极材料的首周容量可达到在60mAh·g-1,而50周后其容量降低为25.3mAh·g-1，容量保持率为42%。
实施例8
1)称量0.75mmol Mn(CH3COO)2·4H2O和0.75mmol Ni(CH3COO)2·4H2O加入15ml蒸馏水,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量0.75mmol的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量1.5g LiOH·H2O溶于15ml蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入50ml水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在240℃，反应16h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，放入90℃的真空干燥箱内干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
本实例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图11，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。该电池的充放电测试结果表明该纳米正极材料的首周容量可达到在80mAh·g-1,而50周后其容量降低为35mAh·g-1，容量保持率为44%。
对比例1
本对比例中其它条件同实施例3，但是其中加入的锰和镍的盐为0.75mmolMnSO4·H2O和0.75mmol Ni SO4·6H2O。
本对比例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图12，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。从其充放电曲线可以看出材料没有显示出相对应的充放电平台，故可以推测并未合成出良好的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒或合成的物质纯度不够，这可能是因为硫酸盐要比醋酸盐更难参与反应或者硫酸根的存在影响了材料的合成。
对比例2
本对比例中其它条件同实施例3，但是其中水热温度为180℃。
本对比例中LiNi0.5Mn0.5O2电极的恒流充放电实验如图13，采用2.5V为放电截止电压，充电截止电压为4.3V，充放电速率为0.1C。从其充放电曲线可以看出材料没有显示出相对应的充放电平台，故可以推测并未合成出良好的LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒或合成的物质纯度不够，这可能是因为180℃下材料并没有完好的反应，材料合成需要更高的温度。
综合上述实例和对比例我们可以发现一步水热法制备的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能是随着温度的提高，时间的延长以及锂盐浓度的提高而不断提高的，可以推测为温度提高使原料更易分解，合成更彻底，而时间延长使反应时间更长，材料反应更充分，而锂盐浓度的提高有利于锂的渗入，从而可以合成更加优良的LiNi0.5Mn0.5O2。

Claims (5)

1.一种一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)按照1:1的摩尔比称取分析纯的Mn(CH3COO)2·4H2O,Ni(CH3COO)2·4H2O加入蒸馏水溶解,置于恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液A；
2)称量与Mn(CH3COO)2·4H2O等摩尔量的(NH4)2S2O8倒入溶液A中搅拌均匀得溶液B；
3)称量LiOH·H2O溶于蒸馏水中并恒温加热磁力搅拌器上，搅拌均匀得溶液C；
4)将溶液C迅速倒入溶液B中，磁力搅拌均匀得溶液D；
5)将溶液D倒入水热反应釜中，然后密封水热反应釜，将其放入电热鼓风干燥箱中进行水热反应，水热温度控制在200～260℃，反应8～168h；
6)反应结束后自然冷却到室温，将水热釜中所得的黑色物质分别用蒸馏水和无水乙醇离心清洗几次后，干燥即得LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法，其特征在于步骤1中所述的溶液A中Mn(CH3COO)2和Ni(CH3COO)2的摩尔浓度不低于0.05mol/L。
3.根据权利要求1所述的一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法，其特征在于步骤3中所述的溶液C中LiOH摩尔浓度为0.6-2.4mol/L，LiOH与Mn(CH3COO)2的摩尔比为12-48:1。
4.根据权利要求1所述的一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法，其特征在于步骤5中所述的水热反应时间为36-168h。
5.根据权利要求1所述的一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法，其特征在于步骤6中所述的干燥采用真空干燥箱，干燥温度不高于500℃。
CN201310652542.2A 2013-12-05 2013-12-05 一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法 Pending CN103633316A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310652542.2A CN103633316A (zh) 2013-12-05 2013-12-05 一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310652542.2A CN103633316A (zh) 2013-12-05 2013-12-05 一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103633316A true CN103633316A (zh) 2014-03-12

Family

ID=50214107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310652542.2A Pending CN103633316A (zh) 2013-12-05 2013-12-05 一步水热反应制备LiNi0.5Mn0.5O2纳米颗粒的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103633316A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104319370A (zh) * 2014-09-28 2015-01-28 洛阳理工学院 一种锂离子电池三元正极材料LiNixCoyMnzO2的制备方法
CN110589892A (zh) * 2018-06-13 2019-12-20 南京理工大学 钠离子电池用单斜结构正极材料及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101511737A (zh) * 2006-07-10 2009-08-19 住友化学株式会社 锂复合金属氧化物

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101511737A (zh) * 2006-07-10 2009-08-19 住友化学株式会社 锂复合金属氧化物

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. ABDEL-GHANY等: ""Structural, magnetic and electrochemical properties of LiNi0.5Mn0.5O2 as positive electrode for Li-ion batteries"", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 *
XIANGLONG MENG等: ""High power and high capacity cathode material LiNi0.5Mn0.5O2 for advanced lithium-ion batteries"", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104319370A (zh) * 2014-09-28 2015-01-28 洛阳理工学院 一种锂离子电池三元正极材料LiNixCoyMnzO2的制备方法
CN110589892A (zh) * 2018-06-13 2019-12-20 南京理工大学 钠离子电池用单斜结构正极材料及其制备方法
CN110589892B (zh) * 2018-06-13 2021-10-01 南京理工大学 钠离子电池用单斜结构正极材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103956477B (zh) 一种富锂三元复合锂离子电池正极材料的制备方法
CN102983326B (zh) 一种球形锂镍钴复合氧化物正极材料的制备方法
CN104993125B (zh) 一种锂离子电池负极材料Fe3O4/Ni/C的制备方法
CN101771145B (zh) 一种锂离子电池多元正极材料制备方法
CN105514373A (zh) 一种高容量锂离子电池正极材料及其制备方法
CN102148373B (zh) 一种锂离子电池正极材料及其制备方法
CN103035914A (zh) 硫化镍薄片/石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN103606675B (zh) 一种金属离子掺杂的锂镍钴氧正极材料的制备方法
CN103000903B (zh) 一种掺杂碳纳米材料的前驱体及制备方法和球形锂金属氧化物正极材料及制备方法
CN102891299A (zh) 一种高倍率锂离子电池正极材料及其制备方法和用途
CN103435104B (zh) 一种锂离子电池负极材料纳米铁酸锌的制备方法
CN102583583B (zh) 一种锂离子电池锰钴锂氧化物正极材料及其制备方法
Wang et al. Morphology control and Na+ doping toward high-performance Li-rich layered cathode materials for lithium-ion batteries
CN103633322A (zh) 一种高密度球形磷酸铁锂材料的制备方法
CN102838102B (zh) 一种磷酸铁锂单晶纳米棒的制备方法
CN103762354A (zh) 一种LiNi0.5Mn1.5O4材料、其制备方法及锂离子电池
CN102569773A (zh) 用于锂离子二次电池的正极材料及其制备方法
ZhenYao et al. The enhanced electrochemical performance of nanocrystalline Li [Li0. 26Ni0. 11Mn0. 63] O2 synthesized by the molten-salt method for Li-ion batteries
Ye et al. Fabrication and performance of high energy Li-ion battery based on the spherical Li [Li0. 2Ni0. 16Co0. 1Mn0. 54] O2 cathode and Si anode
Liu et al. Preparing micro/nano core–shell sphere CeO2 via a low temperature route for improved lithium storage performance
CN104868110A (zh) 石墨烯导向的介孔Co2V2O7纳米片材料及其制备方法和应用
CN103178252A (zh) 一种锂离子电池正极材料及其制备方法
CN106992295B (zh) 一种单分散α-氧化铁纳米片的制备方法
CN105161714A (zh) 一种钙掺杂锂离子电池三元正极材料及其制备方法
CN106602046A (zh) 一种锂离子电池硅酸盐正极材料及其制备和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140312