CN109879332B - 一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法，属于锂离子电池材料领域，本发明提供的一种富锂锰基正极材料前驱体，所述富锂锰基正极材料前驱体的通式为MnxMy(OH)2/C，其中M为Ni、Co中的一种，且0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＝1；所述富锂锰基正极材料前驱体内部掺有导电剂C。本发明通过在前驱体内引入导电剂，使得导电剂的引入没有改变材料晶体结构，在富锂锰基正极材料前驱体内部形成通畅的导电网络结构，并使得前驱体颗粒包裹导电剂，依靠导电剂的良好电导率，提高了锂离子扩散速率和电子传输速率，对富锂锰基正极材料的高倍率性能有极大提升。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池材料领域，具体的涉及一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法。
背景技术
提高锂离子电池容量，加快充电速度、减少锂离子电池充电时间是目前锂离子电池发展趋势。LiCoO2是最早商业化的锂离子电池正极材料，循环性能较为稳定，应用于3C产品技术可靠，但是Co成本高，LiCoO2比容量只有140mAh/g应用于动力电池容量偏低，难以达到动力电池长续航的要求。而富锂锰基材料具有高容量，理论比容量能够达到300mAh/g以上，并且工作电压在4.8V左右，因此具有能够发展为动力电池正极材料的潜力。但是富锂锰基材料的倍率性能较差，对此，对富锂锰基材料前驱体进行改性研究，改善富锂锰基材料短处，提升材料高倍率性能有着极大意义。而利用共沉淀法制备的锂离子电池材料前驱体的结构、形貌、组成和振实密度直接影响正极材料的性能，对前驱体的改进研究将直接改善正极材料的性能。因此，改进锂离子电池材料前驱体，对提升富锂锰基材料在大电流下充放电结构稳定性和安全性对锂离子电池的应用有重大推进作用。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法，能有效简化生产流程，降低生产成本，能有效利用
简单的设备进行生产高倍率充放电的锂离子电池的富锂锰基正极材料前驱体。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种富锂锰基正极材料前驱体，富锂锰基正极材料前驱体的通式为MnxMy(OH)2/C，其中M为Ni、Co中的一种或几种，且0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＝1；所述富锂锰基正极材料前驱体内部掺有导电剂C。
具体地，所述导电剂C作为富锂锰基正极材料前驱体晶核，富锂锰基正极材料前驱体包裹着导电剂材料。
具体地，所述导电剂C为石墨烯、碳纳米管CNT、SUPER-P、KS-6中的一种。
一种富锂锰基正极材料前驱体制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按富锂锰基正极材料前驱体MnxMy(OH)2/C中元素的离子摩尔比称取可溶性锰盐和M元素的可溶性盐，并将可溶性锰盐和M元素化合物溶于去离子水中，制得混合盐溶液，备用；
步骤2：将导电剂材料和分散剂混合后，超声分散于去离子水中，备用；
步骤3：将沉淀剂和络合剂混合后，溶于去离子水中，备用；
步骤4：将步骤2中含有分散导电剂的去离子水注入反应釜内作为底液，再将步骤1制得的混合盐溶液和步骤3中的混合溶剂通过蠕动泵同时滴入反应釜内，并往反应釜中通入氮气气氛，对反应釜内溶液进行加热搅拌，进行共沉淀反应，反应完后，用去离子水洗涤沉淀产物并进行抽滤，最后通过烘干干燥，得到掺入导电剂的前驱体。
具体地，所述反应釜内pH值为7～12，反应温度为25～70℃，烘干温度为100～120℃。
具体地，所述导电剂材料添加量为前驱体质量的0.001％～30％。
具体地，所述可溶性锰盐为硫酸锰或硝酸锰；M元素的可溶性盐为硫酸M、硝酸M、乙酸M中的一种。
具体地，所述沉淀剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾中的一种或几种。
3.有益效果
(1)本发明通过在富锂锰基正极导电剂前驱体制备过程中引入导电剂材料，来获得具有通透导电网络结构的富锂锰基正极材料导电剂前驱体，使得导电剂的引入没有改变材料晶体结构，使得前驱体颗粒包裹导电剂，从而增强了前驱体的电导率，提高了锂离子扩散速率和电子传输速率，有效提高了锂离子电池的性能。
(2)本发明中采用的导电剂是锂离子常用材料，颗粒细小，只要少量添加就可以获得很好的效果，能有效降低生产成本。
(3)本发明的生产工艺简单，制备流程便捷，实际生产操作能有效简化生产流程，提高生产效率。
综上，本发明所提供的一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法，能有效通过在富锂锰基正极导电剂前驱体制备过程中引入导电剂材料，使得前驱体颗粒包裹导电剂，从而增强了前驱体的电导率，提高了锂离子电池的性能，同时有效简化生产流程，有利于通过用简单的设备进行生产高倍率充放电的锂离子电池的富锂锰基正极材料前驱体，从而降低了生产成本。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种富锂锰基正极材料前驱体，取M为Ni，通式为Mn0.6785Ni0.3215(OH)2.0/C，该富锂锰基正极材料前驱体掺入石墨烯作为导电剂C，以石墨烯作为富锂锰基正极材料前驱体晶核，富锂锰基正极材料前驱体包裹着导电剂材料，该富锂锰基正极材料前驱体制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按锰、镍金属离子摩尔比0.6785：0.3215取硫酸锰和硫酸镍，并将硫酸锰、硫酸镍溶于去离子水中，配得的锰、镍离子总浓度为2mol/L，体积为1L的混合盐溶液，备用；
步骤2：将3.3g石墨烯与适量分散剂混合后，超声分散于1L去离子水中，备用；
步骤3：选取氢氧化钠作为沉淀剂，取氨水作为络合剂，配制浓度为4mol/L，体积为1L的氢氧化钠与氨水的混合碱溶液，并溶于去离子水中，备用；
步骤4：将步骤2中含有混合碱溶液的去离子水注入反应釜内作为底液，再将步骤1制得的混合盐溶液以及步骤3中的混合溶剂通过蠕动泵同时滴入反应釜内，并往反应釜中通入氮气气氛，对反应釜内溶液进行加热搅拌，进行共沉淀反应，控制反应釜内反应温度为55℃、pH值恒定为11，反应完后，用去离子水洗涤沉淀产物并进行抽滤，最后在120℃温度环境中进行烘干，得到前驱体Mn0.6785Ni0.3215(OH)2.0/C。
实施例2
一种富锂锰基正极材料前驱体，取M为Ni和Co，通式为Mn0.625Ni0.31Co0.0625(OH)2/C，该富锂锰基正极材料前驱体掺入SUPER-P作为导电剂C，以SUPER-P作为富锂锰基正极材料前驱体晶核，富锂锰基正极材料前驱体包裹着导电剂材料，该富锂锰基正极材料前驱体制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按锰、镍、钴金属离子摩尔比0.625：0.31：0.0625，取硫酸锰、硫酸镍、硫酸钴，并将硫酸锰、硫酸镍、硫酸钴溶于去离子水中，配得的镍、钴、铝离子总浓度为2mol/L，体积为1L的混合盐溶液，备用；
步骤2：将3.3gSUPER-P与适量分散剂混合后，超声分散于1L去离子水中，备用；
步骤3：选取氢氧化钠作为沉淀剂，取氨水作为络合剂，配制浓度为4mol/L，体积为1L的氢氧化钠与氨水的混合碱溶液，并溶于去离子水中，备用；
步骤4：将步骤2中含有混合碱溶液的去离子水注入反应釜内作为底液，再将步骤1制得的混合盐溶液以及步骤3中的混合溶剂通过蠕动泵同时滴入反应釜内，并往反应釜中通入氮气气氛，对反应釜内溶液进行加热搅拌，进行共沉淀反应，控制反应釜内反应温度为55℃、pH值恒定为11.5，反应完后，用去离子水洗涤沉淀产物并进行抽滤，最后在120℃温度环境中进行烘干，得到前驱体Mn0.625Ni0.31Co0.0625(OH)2/C。
实施例3
一种富锂锰基正极材料前驱体，取M为Ni和Co，通式为Mn0.625Ni0.25Co0.125(OH)2/C，该富锂锰基正极材料前驱体掺入石墨烯作为导电剂C，以石墨烯作为富锂锰基正极材料前驱体晶核，富锂锰基正极材料前驱体包裹着导电剂材料，该富锂锰基正极材料前驱体制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按锰、镍、钴金属离子摩尔比0.625：0.25：0.125，取硫酸锰、硫酸镍、硫酸钴，并将硫酸锰、硫酸镍、硫酸钴溶于去离子水中，配得的镍、钴、铝离子总浓度为2mol/L，体积为1L的混合盐溶液，备用；
步骤2：将6.6g石墨烯与适量分散剂混合后，超声分散于1L去离子水中，备用；
步骤3：选取氢氧化钠作为沉淀剂，取氨水作为络合剂，配制浓度为4mol/L，体积为1L的氢氧化钠与氨水的混合碱溶液，并溶于去离子水中，备用；
步骤4：将步骤2中含有混合碱溶液的去离子水注入反应釜内作为底液，再将步骤1制得的混合盐溶液以及步骤3中的混合溶剂通过蠕动泵同时滴入反应釜内，并往反应釜中通入氮气气氛，对反应釜内溶液进行加热搅拌，进行共沉淀反应，控制反应釜内反应温度为60℃、pH值恒定为11，反应完后，用去离子水洗涤沉淀产物并进行抽滤，最后在100℃温度环境中进行烘干，得到前驱体Mn0.625Ni0.25Co0.125(OH)2/C。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。
Claims (5)
1.一种富锂锰基正极材料前驱体的制备方法，其特征在于：所述富锂锰基正极材料前驱体的通式为MnxMy(OH)2/C，其中M为Ni、Co中的一种或几种，且0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＝1；所述富锂锰基正极材料前驱体内部掺有导电剂C；所述导电剂C作为富锂锰基正极材料前驱体晶核，富锂锰基正极材料前驱体包裹着导电剂材料；所述导电剂C为碳纳米管CNT、SUPER-P、KS-6中的一种；所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：按富锂锰基正极材料前驱体MnxMy(OH)2/C中元素的离子摩尔比称取可溶性锰盐和M元素的可溶性盐，并将可溶性锰盐和M元素化合物溶于去离子水中，制得混合盐溶液，备用；
步骤2：将导电剂材料和分散剂混合后，超声分散于去离子水中，备用；
步骤3：将沉淀剂和络合剂混合后，溶于去离子水中，备用；
步骤4：将步骤2中含有分散导电剂的去离子水注入反应釜内作为底液，再将步骤1制得的混合盐溶液和步骤3中的混合溶剂通过蠕动泵同时滴入反应釜内，并往反应釜中通入氮气气氛，对反应釜内溶液进行加热搅拌，进行共沉淀反应，反应完后，用去离子水洗涤沉淀产物并进行抽滤，最后通过烘干干燥，得到掺入导电剂的前驱体。
2.根据权利要求1所述的一种富锂锰基正极材料前驱体的 制备方法，其特征在于，所述反应釜内pH值为7～12，反应温度为25～70℃，烘干温度为100～120℃。
3.根据权利要求1所述的一种富锂锰基正极材料前驱体的 制备方法，其特征在于，所述导电剂材料添加量为前驱体质量的0.001％～30％。
4.根据权利要求1所述的一种富锂锰基正极材料前驱体的 制备方法，其特征在于，所述可溶性锰盐为硫酸锰或硝酸锰；M元素的可溶性盐为硫酸M、硝酸M、乙酸M中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种富锂锰基正极材料前驱体的 制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾中的一种或几种。
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| CN108305994A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-07-20 | 华南师范大学 | 一种包覆型石墨锂离子电池负极材料及其制备方法 |
| CN109860536A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-06-07 | 中科廊坊过程工程研究院 | 一种富锂锰基材料及其制备方法和应用 |
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2019
- 2019-03-20 CN CN201910212630.8A patent/CN109879332B/zh active Active
Patent Citations (3)
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| Publication number | Publication date |
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