CN108258217A - 一种Sr掺杂的纳米纤维富锂锰基固溶体正极材料的制备方法和应用 - Google Patents

一种Sr掺杂的纳米纤维富锂锰基固溶体正极材料的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种Sr掺杂的纳米纤维富锂锰基固溶体锂离子电池正极材料(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)的制备方法，包括如下步骤：(1)2g PAN溶于一定量的DMF，室温搅拌10h，称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O、Sr(CH3COO)2·4H2O溶于一定量的DMF，室温搅拌10h，将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到纺丝液；(2)用10ml针管抽取一定量纺丝液，在一定的实验条件下施加正高压和负高压进行静电纺丝；(3)收集纺丝产物低温预烧后经高温煅烧得最终产物。这种Sr掺杂的纳米纤维锂离子电池正极材料不仅缩短锂离子扩散传输路径，提高了材料的离子和电子传输效率，而且有效的抑制了材料在循环过程中的电压衰减和结构转变。本发明还涉及使用此类正极材料制造的锂离子电池，使用该正极材料制造的锂离子电池具有优异的稳定性和电化学性能。

Description

一种Sr掺杂的纳米纤维富锂锰基固溶体正极材料的制备方法 和应用
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，主要面向锂离子电池领域的应用。
背景技术
随着科技的进步，电子产品和电动汽车等的发展使得人们对能源转化与储存设备要求日益提高。而锂离子电池由于其能量密度高、体积小、循环寿命长、环境友好等优点得到了广泛的应用。锂离子电池主要组成部分有：正极材料、电解液、隔膜、负极材料。其中，正极材料作为锂离子电池的重要组成部分之一，其优异的电化学性能对锂离子电池性能的改善起着决定性的作用。富锂锰基固溶体正极材料因其具有高比容量、优秀的循环能力以及新的电化学充放电机制等优点而受到广泛关注，成为研究的热点，有望成为下一代锂离子电池发展的最有前景的正极材料。但是在实际研究中发现，此种正极材料在循环过程中存在首次不可逆容量损失、循环稳定性差、电压衰减、结构转变等问题。科学家们通过对材料进行循环前预处理、表面包覆和体相掺杂等手段以求改善材料的电化学性能。
高压静电纺丝技术以其简单、通用、容易操控等优点已经成为制备一维纳米结构材料的代表性技术。将静电纺丝技术应用于锂离子电池材料的制备是一种简单高效制备一维纳米纤维结构的方法且有望应用于工业化生产。本发明采用简单温和的实验方法设计制备出一种Sr掺杂的纳米纤维富锂(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)正极材料。采用PAN(聚丙烯腈)为高分子聚合物，DMF为溶剂，与一定比例的金属盐混合室温搅拌得到纺丝液，经静电纺丝技术制备得到纳米纤维前躯体，高温煅烧得到纳米纤维富锂正极材料。这种由纳米级一次颗粒组装成的纳米纤维结构正极材料有效的增加了电极和电解液的接触面积，缩短了锂离子传输路径，提高了离子和电子的传输效率，从而改善了材料的电化学性能。除此之外，适量的Sr掺杂可以有效改善富锂锰基正极材料在循环过程中的电压衰减，提高材料的容量保持率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Sr掺杂的纳米纤维富锂锰基固溶体(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)正极材料及其制备方法，本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
一种纳米纤维富锂锰基正极材料(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)的制备方法，所述锂离子电池正极材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将一定量的PAN溶于N-N二甲基甲酰胺中，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)2·H2O、Sr(CH3COO)2·4H2O溶于N-N二甲基甲酰胺中，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。
(2)用10ml针管抽取一定量步骤(1)得到的纺丝液，在一定的温度、湿度和实验条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先低温预烧后高温煅烧,得最终产物。
所述PAN的加入量为2g。
所述Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)2·H2O、Sr(CH3COO)2·4H2O的加入量分别为0.1245g、0.1618g、0.6617g、0.6427g、0.0322g。
所述温度为25℃，湿度为25％
所述实验条件包括:流量0.1mm/min；正高压：15～18kV；负高压：3～5kV；针头到接收器距离：150mm。
所述预烧温度为280℃，预烧时间为5h；煅烧温度为800℃，煅烧时间为12h。
本发明的另外一个目的在于提供一种采用Sr掺杂纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)正极材料制备的锂离子电池。
一种锂离子电池正极材料的应用，其中：该正极材料用于锂离子电池体系，所述锂离子电池包括该Sr掺杂纳米纤维富锂锰基固溶体(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)正极材料、聚丙烯(PP)隔膜、金属锂负极和1M LiPF6/EC+DEC电解液。
一种上述锂离子电池正极材料的应用，其中：该富锂锰基正极材料应用的锂离子电池体系为纽扣式电池(CR2032)。
相对于现有技术，按照本发明的制备方法可以获得由纳米级的一次颗粒组装成的纳米纤维富锂锰基正极材料，这种结构可以缩短锂离子扩散迁移路径，改善材料的离子和电子传输速率，增大电极和电解液的接触面积，显著提高材料的循环性能和倍率性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是纳米纤维Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2正极材料XRD图
图2(a)是纳米纤维前躯体SEM图
图2(b)是纳米纤维Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2正极材料SEM图
图3是构建Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2半电池在0.1C倍率下首次充放电曲线
图4是构建Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2半电池在0.1C倍率下前80次循环性能图
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述:
实施例一
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)正极材料体系：将2g PAN溶于10mlN-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O溶于10ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：15kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12h,得最终产物。
实施例二
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)正极材料体系：将2g PAN溶于12mlN-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：15kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12h,得最终产物。
实施例三
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)正极材料体系：将2g PAN溶于15mlN-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O溶于15ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：15kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12h,得最终产物。
实施例四
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)正极材料体系：将2g PAN溶于12mlN-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：16kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12h,得最终产物。
实施例五
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)正极材料体系：将2g PAN溶于12mlN-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：17kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12h，得最终产物。
实施例六
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2)正极材料体系：将2g PAN溶于15mlN-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O溶于15ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：18kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12h,得最终产物。
实施例七
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.12Sr0.01O2)正极材料体系：将2g PAN溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O、Sr(CH3COO)2·4H2O溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：16kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12h,得最终产物。
实施例八
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)正极材料体系：将2g PAN溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O、Sr(CH3COO)2·4H2O溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：16kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12,得最终产物。
实施例九
纳米纤维富锂锰基(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.08Sr0.05O2)正极材料体系：将2g PAN溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O、Sr(CH3COO)2·4H2O溶于12ml N-N二甲基甲酰胺(DMF)，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。用10ml针管抽取一定量纺丝液，在室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、正高压：16kV、负高压：3kV、针头到接收器距离：150mm的条件下进行静电纺丝。收集纺丝产物先280℃预烧5h后800℃煅烧12h,得最终产物。
以下说明采用本发明方法制备的纳米纤维富锂锰基正极材料来生产锂离子电池的制备工艺。
(1)Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2极片的制造
取10g PVDF粘结剂和10g乙炔黑导电剂混入50g NMP中，以4000转/分钟的速度搅拌混合均匀后，与80g Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2阴极材料混合制浆，再以4000转/分钟的速度搅拌2h，保证浆料充分混合均匀，铝箔集流体的厚度为20μm，宽80mm，在涂布机上把浆料涂于铝集流体上，电极涂层的干燥厚度为80μm，经2个大气压力(atm)压制后备用。
(2)扣式电池的制造
分别使用上述Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2极片做研究电极，金属锂片作对电极，PP单层隔膜，1M LiPF6/EC+DEC电解液，在手套箱中组装扣式电池。依照扣式电池制造的常用工艺，经切割、烘片、组装、注液和压制封口后，所得的电池进行测试使用
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
图1为所制备的纳米纤维富锂锰基Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2正极材料的XRD图。表现出了Li2MnO3-LiMO2固溶体复合材料的结构特征。20-25°的弱衍射峰是由Li和Mn在过渡金属层中有序排列形成超晶格造成。从图中可以看出制备的材料具有典型的α-NaFeO2结构，属R-3m空间群。(006)/(012)和(018)/(110)这两组衍射峰分裂明显，说明合成的材料具有良好的层状结构。图2(a)为通过静电纺丝制备得到的纳米纤维前躯体的扫描电镜图，直径约为300nm左右，尺寸均匀，且没有明显的团聚。图2(b)为前躯体经过高温煅烧后得到的终产物Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2正极材料的扫描电镜图，从图中可以看出合成的材料是由约50nm的一次颗粒组装成直径约为500nm的纳米纤维，且粗细均匀。
图3为纳米纤维Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2正极材料在0.1C(28mAh/g)倍率下首次的充放电曲线。3.9～4.5V(vs.Li+/Li)处的充电平台是由材料中LiMO2组分中过渡金属元素Ni和Co的氧化产生的，随着Li+的脱出，Ni2+和Co3+被氧化成Ni4+和Co4+；当电压超过4.5V(vs.Li+/Li)时，出现第二个平台，是由于Li2MnO3活化产生的。从图中可知纳米纤维Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2正极材料在0.1C的首次充电容量为328mAh/g，首次放电容量为246mAh/g，初始库伦效率为75％，表现出良好的充放电性能。图4为纳米纤维Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2正极材料0.1C(28mAh/g)时前80次的循环性能曲线。可以看出80次循环后仍有160mAh/g的容量保持，由此说明使用静电纺丝这种方法制备得到的纳米纤维具有良好的循环性能。
以上结果可见，本发明的纳米纤维富锂锰基正极材料合成方法简单高效且用此方法制备出的材料具有良好的充放电性能和电化学循环性能，有望在新一代锂离子电池中得到应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种Sr掺杂的纳米纤维富锂锰基固溶体(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)锂离子电池正极材料的制备方法。其特征在于：所述锂离子电池正极材料的制备方法包括如下步骤：
采用静电纺丝技术，结合高温煅烧的方法制备得到纳米纤维富锂锰基固溶体(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)正极材料：(1)将2g PAN溶于一定量的DMF，室温下搅拌10h；称取化学计量比的Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O、Sr(CH3COO)2·4H2O溶于一定量DMF，室温下搅拌10h；将上述两种溶液混合后室温持续搅拌24h得到棕黑色纺丝液。(2)用10ml针管抽取一定量纺丝液，在一定的实验条件下施加正高压和负高压进行静电纺丝。(3)收集纺丝产物低温预烧后经高温煅烧得最终产物。
2.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所用高分子聚合物为PAN(聚丙烯腈)。
3.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：PAN的加入量为2g。
4.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述DMF总用量为20～30ml。
5.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所使用的金属盐为Co(CH3COO)2·4H2O、Ni(CH3COO)2·4H2O、Mn(CH3COO)2·2H2O、Li(CH3COO)·2H2O、Sr(CH3COO)2·4H2O。
6.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述金属盐的加入量为Co(CH3COO)2·4H2O：0.1245g、Ni(CH3COO)2·4H2O：0.1618g、Mn(CH3COO)2·2H2O：0.6617g、Li(CH3COO)·2H2O：0.6427g、Sr(CH3COO)2·4H2O：0.0322g。
7.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述静电纺丝条件为室温、湿度：25％、流量：0.1mm/min、针头到接收器距离：150mm。
8.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述正高压为16～18kV、负高压为3kV。
9.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：预烧温度为280℃，预烧时间为5h；煅烧温度为800℃，煅烧时间为12h。
10.一种根据权利要求1至9的任何一个权利要求所述方法制备的锂离子电池正极材料的应用，其特征在于：该正极材料用于锂离子电池体系，所述锂离子电池包括该纳米纤维富锂锰基固溶体(Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.10Sr0.03O2)正极材料、聚丙烯(PP)隔膜、金属锂负极和1MLiPF6/EC+DEC电解液。
11.一种根据权利要求10所述的锂离子电池正极材料的应用，其特征在于：所述锂离子电池为纽扣式电池(CR2032)。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109860509A (zh) * 2019-01-14 2019-06-07 中国电力科学研究院有限公司 一种阴离子共掺杂的富锂锰基固溶体正极材料的制备方法
CN109860547A (zh) * 2019-01-14 2019-06-07 中国电力科学研究院有限公司 一种掺杂钠离子的富锂锰基正极材料的制备方法
CN110723759A (zh) * 2019-09-19 2020-01-24 江苏理士电池有限公司 富锂锰基固溶体正极材料的制备方法和应用
CN110911686A (zh) * 2019-12-06 2020-03-24 江西理工大学 一种抑制富锂锰基正极材料充放电循环过程电压衰减方法
CN115536080A (zh) * 2022-11-29 2022-12-30 瑞浦兰钧能源股份有限公司 一种高镍正极材料及其制备方法和应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109860509A (zh) * 2019-01-14 2019-06-07 中国电力科学研究院有限公司 一种阴离子共掺杂的富锂锰基固溶体正极材料的制备方法
CN109860547A (zh) * 2019-01-14 2019-06-07 中国电力科学研究院有限公司 一种掺杂钠离子的富锂锰基正极材料的制备方法
CN109860509B (zh) * 2019-01-14 2021-02-26 中国电力科学研究院有限公司 一种阴离子共掺杂的富锂锰基固溶体正极材料的制备方法
CN110723759A (zh) * 2019-09-19 2020-01-24 江苏理士电池有限公司 富锂锰基固溶体正极材料的制备方法和应用
CN110911686A (zh) * 2019-12-06 2020-03-24 江西理工大学 一种抑制富锂锰基正极材料充放电循环过程电压衰减方法
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