CN108598463B - 一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法,包括如下步骤:将物质的量浓度为1.5～2.5Mol/L的过渡金属盐溶液与物质的量浓度为3～5Mol/L强碱溶液同时加入反应器，在50～70℃的条件下进行共沉淀反应，反应结束后，真空抽滤、洗涤后得到过渡金属氢氧根前驱体；称量适量的表面活性剂和碱性物质加入去离子水和乙醇的混合溶液中，然后加入所述氢氧根前驱体，混合均匀后置于反应釜中150～200℃水热处理12～24h，过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；将所述片状过渡金属氢氧根前驱体与锂源充分混合均匀，置于马弗炉中在450℃下煅烧4～6h，然后升温到750～900℃下煅烧12～18h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。

Description

一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体而言，涉及一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法。
背景技术
目前，随着科技的进步，太阳能、风能、水能、核能、潮汐能等绿色清洁能源被开发利用，成为可替代化石能源的最佳选择。与此同时为缓解能源危机，催生出新的能源利用方式，如新能源汽车（纯电动和混合动力汽车），风力，水力和太阳能并网发电等。然而，新能源发电的瞬时性和波动性影响电网的安全运行，新能源汽车在续航里程上难以比肩传统能源汽车，因此开发高性能的能源储存和转化装置即化学电源是使用和发展新能源的基础。广泛应用于便携装置中的锂离子电池，作为一种绿色高性能的二次电池，现已推动着新能源汽车和大规模储能等领域的产业变革，引人关注。其中，正极材料严重制约着锂离子二次电池功率密度、能量密度的进一步提高，所以开发新一代高性能锂离子正极材料尤为重要。富锂锰基正极材料从1997年Numata等率先报道之后，就得到了广泛的研究，以其高达250 mA•h/g的可逆比容量，使其最具潜力的锂电正极材料。
然而，该体系材料仍存在一些本质的问题使其不能得以大规模商业化应用:首先，该体系材料具有较小的离子扩散系数（10-15～10-12cm2/s）和电子电导率（10-7～10-8S/cm），远低于传统层状正极材料，主要归因于体系中存在大量的Li2MnO3，不利于电子的传导并且形成大量超晶格结构诱导推叠层错和锂镍混杂，限制了锂离子的迁移，导致该材料在高倍率下容量明显下降且循环性能逐渐下降。其次，该材料高容量的表现得益于4.5V处氧和锂的共同脱出，然而脱出的氧在随后的放电过程中不能被还原，从而导致首圈较大的不可逆容量损失，以及过渡金属离子向内层的迁移、重排，引起循环过程中相转变，导致电压和容量的衰减。为了进一步提高其电化学性能，使其能满足动力锂离子电池材料的使用标准，其中首先应该提升就是它的倍率性能。因此各种纳米结构的富锂锰基正极材料得到了深入的研究，研究发现：具有稳定晶体结构的多孔、中空、片状富锂材料表现出良好的锂离子迁移速率，为锂离子提供更多的扩散通道和更短的迁移距离。
申请公布号为CN 104979549A（申请号为201510329840.7）的中国发明专利申请公开了一种片状富锂锰基正极材料的制备方法，所述的富锂三元层状结构氧化物为Li[Li0.2Mn0.56Ni0.16Co0.08]O2，具体合成步骤为:1)将锂盐、镍盐、钴盐和锰盐溶于乙二醇，混合溶解均匀；2）将1)中溶液烘干并研磨，得到金属盐固体粉末；3）将金属固体粉末在400℃～600℃下第一次煅烧3～6h，得到片状锂过渡金属氧化物前驱体粉末；4）将片状锂过渡金属氧化物前躯体粉末与过量氯化钾充分混合均匀，在780℃～950℃下第二次烧结10～30h，之后冷却，清洗烘干，得到片状材料。
上述技术方案中，一方面该方法中大量使用氯化钾试剂，其与富锂材料的质量比高达5:1，造成资源的严重浪费；另一方面利用该方法在1000mA/g的电流密度下，合成的材料放电容量仅为110.7～131.2mAh/g，电化学性能有待于进一步提升。
发明内容
本发明提出了一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，旨在解决现有富锂锰基正极材料倍率性能差的问题。
本发明提出了一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括如下步骤:
前驱体制备:将物质的量浓度为1.5～2.5Mol/L的过渡金属盐溶液与物质的量浓度为3～5Mol/L强碱溶液同时加入反应器，在50～70℃的条件下进行共沉淀反应，反应结束后，真空抽滤、洗涤,得到过渡金属氢氧根前驱体；
水热处理:称量适量的表面活性剂和碱性物质加入去离子水和乙醇的混合溶液中，然后加入所述过渡金属氢氧根前驱体，混合均匀后置于反应釜中150～200℃水热处理12～24h，过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；
正极材料制备:将所述片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源混合均匀，置于马弗炉中在450℃下煅烧4～6h，然后升温到750～900℃下煅烧12～18h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，在上述前驱体制备过程中，所述过渡金属为镍、钴以及锰，所述过渡金属盐为硫酸盐和/或硝酸盐，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，在上述前驱体制备过程中，所述共同沉淀反应时的pH值为11～12.5。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，所述共同沉淀反应过程中可添加适量的氨水作为络合剂。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，在上述水热处理过程中，所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠以及十二烷基硫酸钠中的一种或几种。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，所述表面活性剂的浓度为5～10g/L，所述混合溶液pH值为9～11，所述过渡金属氢氧根前躯体的浓度为10～100g/L。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，所述混合液中水和乙醇的体积比为(0.5～2):1。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，所述干燥是通过在真空干燥箱中以80～150℃进行恒温干燥6～24h。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，在上述正极材料制备过程中，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂以及草酸锂中的一种或几种。
进一步地，上述纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法中，所述前驱体与所述锂盐中的锂摩尔比为1:(1～1.5)。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，首先通过利用氢氧根共沉淀反应的高效快速优势形成过渡金属氢氧根前躯体；然后通过在水热反应釜中进行奥斯瓦尔德熟化过程，获得纳米片状的过渡金属氢氧根前驱体；最后经过热处理获得富锂锰基正极材料。本发明利用氢氧根共沉淀反应的高效快速的优势，结合奥斯瓦尔德熟化过程，开发了一种快速制备片状富锂锰基正极材料的方法。
尤其是，本发明提供的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，利用奥斯瓦尔德熟化机理，通过对前躯体水热处理的过程中加入表面活性剂，以控制表面活性剂与前驱体特定晶面的结合，从而抑制该晶面的生长，而其他方向的生长不受影响，再在碱液中通过奥斯瓦尔德熟化过程，生长出纳米片状的过渡金属氢氧根前驱体。整个奥斯瓦尔德熟化过程中均致力于减弱颗粒的表面能，具体就是离子从小的晶体上溶解，再在大的晶体上沉积，有效地保证了纳米片状过渡金属氢氧根前躯体的充分形成，进而极大地缩短了锂离子的扩散路径，有效的确保了纳米片状富锂锰基正极材料的倍率性能和循环性能。
进一步地，通过对得到的片状氢氧根前驱体进行适当的热处理，极大地提升了最终获得纳米片状的富锂锰基正极材料中各成分分布均匀度，进而有效地保证了纳米片状的富锂锰基正极材料中晶体结构稳定。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明实施例提供的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法流程图；
图2是实施例1、实施例2和对比例制备得到的富锂锰基正极材料的X射线衍射（XRD）图；
图3是对比例制备的块状富锂锰基正极材料的扫描电子显微镜（SEM）图；
图4是实施例1制备的分布均匀纳米片状富锂锰基正极材料的SEM图；
图5是实施例3制备的纳米片状富锂锰基正极材料的SEM图；
图6是实施例1和对比例制备的富锂锰基正极材料的倍率性能图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，凡在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都在本发明的保护范围之内。
参阅图1所示，本发明提供的一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括如下步骤:
步骤（1），将过渡金属物质的量浓度为1.5～2.5Mol/L的镍、钴、锰盐溶液与物质的量浓度为3～5Mol/L强碱溶液同时加入反应器，在50～70℃的条件下进行共沉淀反应，期间添加适量的氨水作为络合剂,反应结束后，真空抽滤、洗涤后得到过渡金属氢氧根前驱体。其中，所述过渡金属盐为硫酸盐和/或硝酸盐，所述强碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述共同沉淀反应时的pH值为11～12.5；所述共同沉淀反应过程中可添加适量的氨水作为络合剂。
步骤（2），称量适量的表面活性剂和碱性物质加入去离子水和乙醇的混合溶液中，然后加入所述过渡金属氢氧根前驱体，混合均匀后置于反应釜中150～200℃水热处理12～24h，过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体。其中，所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠以及十二烷基硫酸钠中的一种或几种；所述表面活性剂的浓度为5～10g/L，所述混合溶液pH值为9～11，所述过渡金属氢氧根前躯体的浓度为10～100g/L；所述混合液中水和乙醇的体积比为(0.5～2):1；所述干燥是通过在真空干燥箱中以80～150℃进行恒温干燥6～24h。
步骤（3），将所述片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，置于马弗炉中在450℃下煅烧4～6h，然后升温到750～900℃下煅烧12～18h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。其中，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂以及草酸锂中的一种或几种；所述前驱体与所述锂盐中的锂摩尔比为1:(1～1.5)。
下面结合具体实施例对本发明的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法做进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种分布均匀纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将2Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.13:0.13:0.54）溶液与物质的量浓度为4Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为60℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），称量0.5g SDBS加入80mL去离子水和乙醇体积比为1:1的混合溶液中，然后加入1.5mL氨水，再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中180℃水热处理24h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（3），将片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1.5，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧5h，然后升温到850℃煅烧12h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
实施例2
本实施例提供一种分布均匀纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将2Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.16:0.08:0.56）溶液与物质的量浓度为4Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为60℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），称量0.5g SDBS加入80mL去离子水和乙醇体积比为1:1的混合溶液中，然后加入1.5mL氨水，再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中180℃水热处理12h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧化物前驱体；
步骤（3），将片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1.5，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧5h，然后升温到850℃煅烧12h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
实施例3
本实施例提供一种分布均匀纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将2Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.13:0.13:0.54）溶液与物质的量浓度为4Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为60℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），称量0.5g SDBS加入80mL去离子水和乙醇体积比为3:1的混合溶液中，然后加入1.5mL氨水，再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中180℃水热处理18h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（3），将片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1.5，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧5h，然后升温到850℃煅烧12h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
实施例4
本实施例提供一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将2Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.13:0.13:0.54）溶液与物质的量浓度为4Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为60℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），称量0.5g PVP加入80mL去离子水和乙醇体积比为1:1的混合溶液中，然后加入1.5mL氨水，再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中180℃水热处理24h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（3），将片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1.5，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧5h，然后升温到850℃煅烧12h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
实施例5
本实施例提供一种分布均匀纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将1.5Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.13:0.13:0.54）溶液与物质的量浓度为3Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为50℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），称量0.5g 十二烷基苯磺酸钠（SDBS）加入80mL去离子水和乙醇体积比为0.5:1的混合溶液中，然后加入1.5mL氨水，再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中150℃水热处理12h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（3），将片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1.5，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧4h，然后升温到700℃煅烧12h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
实施例6
本实施例提供一种分布均匀纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将2.5Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.13:0.13:0.54）溶液与物质的量浓度为5Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为70℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），称量0.5g 十二烷基硫酸钠加入80mL去离子水和乙醇体积比为2:1的混合溶液中，然后加入1.5mL氨水，再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中200℃水热处理24h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（3），将片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧6h，然后升温到900℃煅烧18h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
实施例7
本实施例提供一种分布均匀纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将1.5Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.13:0.13:0.54）溶液与物质的量浓度为5Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为50℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），称量0.5g 聚乙烯吡咯烷酮加入80mL去离子水和乙醇体积比为0.5:1的混合溶液中，然后加入1.5mL氨水，再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中200℃水热处理12h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（3），将片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1.5，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧5h，然后升温到750℃煅烧18h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
实施例8
本实施例提供一种分布均匀纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将2.5Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.13:0.13:0.54）溶液与物质的量浓度为3Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为70℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），称量0.5g 聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠加入80mL去离子水和乙醇体积比为1:1的混合溶液中，然后加入1.5mL氨水，再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中150℃水热处理24h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（3），将片状过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧5h，然后升温到900℃煅烧12h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
对比例
本实施例提供一种纳米块状富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤（1），将2Mol/L的镍、钴、锰硫酸盐（摩尔比为0.13:0.13:0.54）溶液与物质的量浓度为4Mol/L氢氧化钾溶液（包含25%体积分数的氨水溶液）以均匀的速度同时加入反应器，控制共沉淀反应温度为60℃，整个反应均在N2气氛下进行,反应结束后，立即真空抽滤和洗涤，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（2），加入1.5mL氨水加入80mL去离子水和乙醇体积比为1:1的混合溶液中，然后再加入约3g步骤（1）中的氢氧根前驱体，磁力搅拌混合均匀后置于100mL反应釜中180℃水热处理24h，然后离心清洗3次，再加水分散过滤、洗涤、干燥，得到过渡金属氢氧根前驱体；
步骤（3），将过渡金属氢氧根前驱体与摩尔比的锂源充分混合均匀，其中过渡金属离子与锂的比值为1:1.5，然后置于氧化铝坩埚于马弗炉，在450℃下煅烧5h，然后升温到850℃煅烧12h，冷却到室温，得到块状富锂锰基正极材料。
通过对本发明中各实施例及对比例制备的纳米片状富锂锰基正极材料进行X射线衍射（XRD）分析发现：本发明各实施例制备的纳米片状富锂锰基正极材料物质均属于R～3m空间群的层状α～NaFeO2 结构，而在21°附近的衍射峰则属于C2/m空间群的Li2MnO3物相，表明了两种不同组分的物相同时存在于合成的富锂锰基正极材料之中。同时，毗邻峰(006)/(102)和(018)/(110)具有明显的分叉，说明合成的物质具有结晶性良好的层状结构。而且本发明各实施的XRD衍射图谱中主要衍射峰清晰，强度较高，I(003)/I(104)明显高于对比例，证明了最终合成的纳米片状富锂锰基正极材料的结晶性较好，晶相较纯，锂镍混杂减少（见图2）。
通过对本发明中各实施例及对比例制备的纳米片状富锂锰基正极材料进行扫描电子显微镜（SEM）分析发现：通过本实施例制备的纳米片状富锂锰基正极材料具有明显均匀分布的纳米片状结构，其厚度约为50nm左右，直径约200～300nm（见图3～图5）。
测试试验
半电池组装：将实施例1制备的纳米片状富锂锰基正极材料与对比例1的富锂锰基正极材料，分别与Super P 和PVDF按质量比75:15:10进行制浆并涂布，然后切成直径为12mm极片，以金属锂片为负极，电解液使用深圳新宙邦科技股份有限公司的耐高压电解液，在氩气手套箱中组装成半电池。
充放电测试：扣式电池充放电的电压范围为2.0～4.8V，循环测试之前先采用较小的12.5mA/g的电流密度进行两次活化，随后采用在同样电压范围内分别以25mA/g、50mA/g、125mA/g、250mA/g(1C)、500mA/g、1250mA/g、2500mA/g的电流密度下进行放电，充电电流密度均为25mA/g。所有电化学性能测试均在室温下进行。
对比例与实施例1～8 中的纳米片状富锂锰基正极材料制备成锂离子电池正极，组装成锂离子电池后其在不同在电流密度下的最大放电容量如表1 所示。
表1
Figure 24380DEST_PATH_IMAGE002
由表1可知，实施例1～8中的纳米片状富锂锰基正极材料制备成锂离子电池正极组装成锂离子电池后其在不同在电流密度下的最大放电容量均高于对比例，尤其体现在实施例1中。可见，本发明提供的纳米片状富锂锰基正极材料电容量较大，倍率性能优异。
对比例与实施例1～8中的纳米片状富锂锰基正极材料制备成锂离子电池正极组装成锂离子电池后在25mAh/g（0.1C）电流密度下的首次最大放电容量、多次循环之后最大放电容量、以及对应的容量保持比如表2所示。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
由表2可知，实施例1～8中的纳米片状富锂锰基正极材料制备成锂离子电池正极组装成锂离子电池后在25mAh/g（0.1C）电流密度下的首次最大放电容量为、多次循环之后最大放电容量、以及对应的容量保持比均高于对比例，尤其是实施例1。可见，本发明提供的纳米片状富锂锰基正极材料倍率性能优异，循环稳定性好，容量保持率较高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
前驱体制备:将物质的量浓度为1 .5～2 .5Mol/L的过渡金属盐溶液与物质的量浓度为3～5Mol/L强碱溶液同时加入反应器，在50～70℃的条件下进行共沉淀反应，反应结束后，真空抽滤、洗涤,得到过渡金属氢氧根前驱体；
水热处理:称量适量的表面活性剂和碱性物质加入去离子水和乙醇的混合溶液中，然后加入所述过渡金属氢氧根前驱体，混合均匀后置于反应釜中150～200℃水热处理12～24h，过滤、洗涤、干燥，得到片状过渡金属氢氧根前驱体；所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或几种；所述混合溶液pH值为9～11，所述混合液中水和乙醇的体积比为(0.5～2):1；
正极材料制备:将所述片状过渡金属氢氧根前驱体与锂源混合均匀，置于马弗炉中在450℃下煅烧4～6h，然后升温到750～900℃下煅烧12～18h，冷却到室温，得到片状富锂锰基正极材料。
2.根据权利要求1所述的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在上述前驱体制备过程中，所述过渡金属为镍、钴以及锰，所述过渡金属盐选自硫酸盐和硝酸盐中的一种或几种，所述强碱选自氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在上述前驱体制备过程中，所述共沉淀反应过程中可添加适量氨水作为络合剂，所述共沉淀反应时的pH值为11～12.5。
4.根据权利要求1所述的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在上述水热处理过程中，所述表面活性剂的浓度为5～10g/L。
5.根据权利要求1所述的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属氢氧根前躯体的浓度为10～100g/L。
6.根据权利要求1所述的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在所述水热处理过程中，干燥是通过在真空条件下以80～150℃进行恒温干燥6～24h。
7.根据权利要求1所述的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，在上述正极材料制备过程中，所述锂源选自碳酸锂、氢氧化锂以及草酸锂中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的纳米片状富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体与所述锂源中的锂摩尔比为1:(1～1 .5)。
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