CN107845789A - 一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，包括如下步骤：将硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰溶于去离子水中，加入弱碱性PH缓冲剂，形成溶液A；将双碳化合物溶于乙醇中，形成溶液B；将溶液A、B混合，采用水热法合成出立方体结构正极材料的前驱体；将所述前驱体过滤、洗涤、干燥、煅烧后制得立方体结构高性能富锂锰基正极材料。本发明以硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰为金属源，双碳化合物为沉淀剂，乙酸锂或乙酸钠为pH缓冲剂，采用水热法合成出了一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料。本发明方法工艺简单，成本低廉，合成出的立方体结构富锂锰基正极材料具有优良的锂电性能。

Description

一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料的合成方法，尤其，涉及一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法。
背景技术
锂离子电池正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，对锂离子电池的电化学性能起着至关重要的作用。目前，富锂锰基正极材料受到了国内外研究人员的青睐，这主要由于富锂锰基正极材料理论容量较高，且锰元素价格低廉、存储丰富。然而，目前商业上应用的富锂锰基正极材料却存在循环性能较差的缺点，这在很大程度上制约了锂离子电池的发展。
因此，有必要提供一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：
一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)将硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰溶于去离子水中，加入弱碱性pH缓冲剂，形成溶液A；
(2)将双碳化合物溶于乙醇中，形成溶液B；
(3)将溶液A、B混合，采用水热法合成出立方体结构正极材料的前驱体；
(4)将所述前驱体过滤、洗涤、干燥、掺锂、预烧、研磨、煅烧后制得立方体结构高性能富锂锰基正极材料。
进一步的，所述立方体结构的富锂锰基正极材料化学式为Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2。
进一步的，步骤(1)中，硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰的摩尔质量比为1：2：7。
进一步的，步骤(1)中，弱碱性pH缓冲剂为乙酸锂或乙酸钠。
进一步的，步骤(2)中，双碳化合物为草酸二甲酯。
进一步的，步骤(3)中，水热法采用传统水热法，水热温度为150-250℃，水热时间为6h-18h。
进一步的，步骤(4)中，预烧温度为400-600℃。
进一步的，步骤(4)中，煅烧温度为600-1000℃，煅烧时间为8-24h。
本发明以硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰为金属源，双碳化合物为沉淀剂，乙酸锂或乙酸钠为pH缓冲剂，采用水热法合成出了一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料。本发明方法工艺简单，成本低廉，合成出的立方体结构富锂锰基正极材料具有优良的锂电性能。
附图说明
图1是实施例3中合成得到的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的扫描电镜谱图。
图2是在高倍率下实施例3中合成得到的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料扫描电镜谱图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例展示一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料，具体步骤如下：
一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)将摩尔质量比为1:2:7的硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰溶于去离子水中，加入弱碱性的乙酸锂作为pH缓冲剂，形成溶液A；
(2)将双碳化合物——草酸二甲酯溶于乙醇中，形成溶液B；
(3)将溶液A、B混合，采用传统水热法合成出立方体结构正极材料的前驱体，其中，水热温度为150℃，水热时间为6h；
(4)将所述前驱体过滤、洗涤、干燥、掺锂、预烧、研磨、煅烧后制得立方体结构高性能富锂锰基正极材料，其中，预烧温度为400℃，煅烧温度为600℃，煅烧时间为8h。
实施例2：
本实施例展示一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料，具体步骤如下：
一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)将摩尔质量比为1:2:7的硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰溶于去离子水中，加入弱碱性的乙酸钠作为pH缓冲剂，形成溶液A；
(2)将双碳化合物——草酸二甲酯溶于乙醇中，形成溶液B；
(3)将溶液A、B混合，采用传统水热法合成出立方体结构正极材料的前驱体，其中，水热温度为250℃，水热时间为18h；
(4)将所述前驱体过滤、洗涤、干燥、掺锂、预烧、研磨、煅烧后制得立方体结构高性能富锂锰基正极材料，其中，预烧温度为600℃，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为24h。
实施例3：
本实施例展示一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料，具体步骤如下：
一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)将摩尔质量比为1:2:7的硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰溶于去离子水中，加入弱碱性的乙酸锂作为pH缓冲剂，形成溶液A；
(2)将双碳化合物——草酸二甲酯溶于乙醇中，形成溶液B；
(3)将溶液A、B混合，采用传统水热法合成出立方体结构正极材料的前驱体，其中，水热温度为200℃，水热时间为12h；
(4)将所述前驱体过滤、洗涤、干燥、掺锂、预烧、研磨、煅烧后制得立方体结构高性能富锂锰基正极材料，其中，预烧温度为500℃，煅烧温度为800℃，煅烧时间为16h。
电化学性能测试：
实施例1-3合成的Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2富锂锰基正极材料的电化学性能在蓝电系统上进行测试，表1为实施例1-3合成的Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2富锂锰基正极材料在0.2C的电流密度下200圈以后的比容量。
表1
正极材料 200圈后比容量(mAh g-1)
实施例1 218.9
实施例2 257.1
实施例3 269.6
由表1可知，本发明合成出的Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2富锂锰基正极材料电化学性能优良，尤以实施例3最佳，在实施例3中富锂锰基正极材料在0.2C的电流密度下200圈以后还可达到269.6mAh g-1，表现出优良的循环性能，解决了商业上富锂锰基正极材料循环性能较差的问题。
形貌表针：
图1和图2为实施例3合成出的立方体结构高性能富锂锰基正极材料Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2的扫描电镜图。由图1可知，采用水热法合成的富锂锰基正极材料结构为立方体，尺寸为微米级；由图2可知，这种微米级立方体由无数纳米颗粒团聚而成。
以上所述的仅是本发明部分实施例，本领域普通技术人员还可在本发明精神内做其他变化和改进，当然，对于本领域的普通技术人员来说，这些依据本发明精神所做的变化和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰溶于去离子水中，加入弱碱性pH缓冲剂，形成溶液A；
(2)将双碳化合物溶于乙醇中，形成溶液B；
(3)将溶液A、B混合，采用水热法合成出立方体结构正极材料的前驱体；
(4)将所述前驱体过滤、洗涤、干燥、掺锂、预烧、研磨、煅烧后制得立方体结构高性能富锂锰基正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于：所述立方体结构的富锂锰基正极材料化学式为Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2。
3.根据权利要求2所述的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于：步骤(1)中，硫酸钴、硫酸镍、硫酸锰的摩尔质量比为1：2：7。
4.根据权利要求3所述的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于：步骤(1)中，弱碱性pH缓冲剂为乙酸锂或乙酸钠。
5.根据权利要求4所述的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于：步骤(2)中，双碳化合物为草酸二甲酯。
6.根据权利要求5所述的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于：步骤(3)中，水热法采用传统水热法，水热温度为150-250℃，水热时间为6h-18h。
7.根据权利要求6所述的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于：步骤(4)中，预烧温度为400-600℃。
8.根据权利要求7所述的一种立方体结构高性能富锂锰基正极材料的合成方法，其特征在于：步骤(4)中，煅烧温度为600-1000℃，煅烧时间为8-24h。
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