CN111087030A - 一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法及其应用 - Google Patents

一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法及其应用，该制备方法通过将锰盐、丙三醇、异丙醇和水进行混合、搅拌、加热、冷却、离心清洗、冷冻干燥步骤制得前驱体，然后将前驱体与镍源和锂源混合煅烧得到LiNi0.5Mn1.5O4材料。本发明通过简单的一步水热方法直接合成了前驱体，然后将所获得的前驱体与锂源和镍源混合均匀后，再在800℃下烧结10h获得最后目标产物，无需进行两次烧结，节约了时间和资源。

Description

一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法及其应用。
背景技术
锂离子电池由于具有较大能量密度、循环寿命长、无记忆相应以及绿色环保而被视为新能源汽车驱动力的选择之一。尽管锂离子电池已经在便携式数码电子产品中(数码相机、笔记本电脑以及智能手机)取得了引人注目的成功，然而其能量密度还需要继续提高。为了满足在新能源汽车中的应用(续航里程和快速充放电)，锂离子电池的能量密度需要进一步改善。因此，发展高能量密度锂离子电池是新能源汽车发展的关键环节。
单体锂离子电池的能量密度由电池本身的工作电压和电池的容量决定。所以，可以通过提高电池的工作电压或者容量来提高电池的能量密度。LiNi0.5Mn1.5O4材料具有较高的工作电压(4.75V)和容量(146.7mAh/g)被视为一种理想的高能量密度锂离子电池正极材料。然而，该材料在作为锂离子电池正极材料时，电池的循环寿命还需要继续加强以满足纯电动汽车的需要。
目前，LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法主要有两种：(1)制备MnCO3为前驱体，然后将MnCO3煅烧成Mn2O3，随后混入锂源和镍源高温烧结后得到LiNi0.5Mn1.5O4材料；(2)制备草酸锰为前驱体，然后将草酸锰煅烧成Mn2O3，随后混入锂源和镍源高温烧结后得到LiNi0.5Mn1.5O4材料。上述两种方法都是通过锰基的碳酸盐或者草酸盐烧结后得到Mn2O3，然后通过将Mn2O3与锂源和镍源混合后烧结最终得到了LiNi0.5Mn1.5O4材料的方法。合成过程中锰基的碳酸盐或者草酸盐需要通过微乳液法制备，过程繁琐。其次，得到产物后还要在600℃下烧结，才能得到Mn2O3，随后与锂源和镍源混合后还需要在800℃下烧结10h才能获得最后目标产物，需要烧结两次，耗能耗时。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种更简单，更高效的LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法，具体通过以下技术方案实现：
一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将锰盐、丙三醇、异丙醇和水混合，搅拌0.4～0.6h，按照2～4℃/min的速率升温至170～190℃，然后恒温加热5～7h，待冷却至室温后得到产物A，对产物A进行离心清洗、冷冻干燥，得到前驱体B；
S2：将前驱体B与锂源、镍源混匀，在790～810℃的温度下烧结9～11h，得到LiNi0.5Mn1.5O4材料。
在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S1中，所述锰盐为乙酸锰、硫酸锰、硝酸锰中的至少一种。
在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S1中，异丙醇和水的体积比为1:1。
在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S1中，搅拌的时间为0.5h。
在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S1中，将混合液A按照3℃/min的速率升温至180℃，然后恒温加热6h。
在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S1中，采用去离子水对产物B进行离心清洗，离心转速为9000～11000r/min。
在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S1中，冷冻干燥的条件为：温度为-48～-38℃，时间为11～13h。
在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S2中，所述锂源为硝酸锂，所述镍源为硝酸镍。
在一些优选的实施情况中，上述制备方法的S2中，烧结的温度为800℃，烧结的时间为10h。
本发明通过水热法直接合成Mn3O4，随后以所制备Mn3O4为前驱体按比例混入锂源和镍源，最后高温退火得到LiNi0.5Mn1.5O4材料。所制备LiNi0.5Mn1.5O4材料用作锂离子电池正极材料时，由于结构稳定，不仅能够减少锂离子脱嵌时材料的扭曲，而且可以抑制锰、镍等过渡金属从材料中溶出的现象，从而有效地改善了电池的循环稳定性。上述制备方法制得的LiNi0.5Mn1.5O4材料至少可以应用在锂离子电池中。
有益效果：本发明通过简单的一步水热方法直接合成了前驱体，然后将所获得的前驱体与锂源和镍源混合均匀后，再在800℃下烧结10h获得最后目标产物，无需进行两次烧结，节约了时间和资源。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将乙酸锰、丙三醇、氧化石墨烯、异丙醇和水混合(异丙醇和水的体积比为1:1)，搅拌0.5h后转入至高温水热反应釜，然后将高温水热反应釜放入鼓风烘箱中，按照3℃/min的升温速率进行升温，直至温度为180℃，然后恒定180℃加热6h，待冷却至室温后得到产物A，采用去离子水对产物A进行离心清洗，离心转速为10000r/min，然后放入至冷冻干燥仪中，设置在-42℃的条件下进行冷冻干燥12h，得到前驱体B；
S2：将前驱体B与醋酸锂、醋酸镍混匀，在800℃的温度下烧结10h，得到LiNi0.5Mn1.5O4材料。
实施例2：
一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将硫酸锰、丙三醇、氧化石墨烯、异丙醇和水混合(异丙醇和水的体积比为1:1)，搅拌0.4h后转入至高温水热反应釜，然后将高温水热反应釜放入鼓风烘箱中，按照4℃/min的升温速率进行升温，直至温度为190℃，然后恒定190℃加热5h，待冷却至室温后得到产物A，采用去离子水对产物A进行离心清洗，离心转速为11000r/min，然后放入至冷冻干燥仪中，设置在-40℃的条件下进行冷冻干燥13h，得到前驱体B；
S2：将前驱体B与醋酸锂、醋酸镍混匀，在810℃的温度下烧结9h，得到LiNi0.5Mn1.5O4材料。
实施例3：
一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将硝酸锰、丙三醇、氧化石墨烯、异丙醇和水混合(异丙醇和水的体积比为1:1)，搅拌0.6h后转入至高温水热反应釜，然后将高温水热反应釜放入鼓风烘箱中，按照2℃/min的升温速率进行升温，直至温度为170℃，然后恒定170℃加热7h，待冷却至室温后得到产物A，采用去离子水对产物A进行离心清洗，离心转速为9000r/min，然后放入至冷冻干燥仪中，设置在-45℃的条件下进行冷冻干燥11h，得到前驱体B；
S2：将前驱体B与醋酸锂、醋酸镍混匀，在790℃的温度下烧结11h，得到LiNi0.5Mn1.5O4材料。

Claims (10)

1.一种LiNi0.5Mn1.5O4材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将锰盐、丙三醇、异丙醇和水混合，搅拌0.4～0.6h，按照2～4℃/min的速率升温至170～190℃，然后恒温加热5～7h，待冷却至室温后得到产物A，对产物A进行离心清洗、冷冻干燥，得到前驱体B；
S2：将前驱体B与锂源、镍源混匀，在790～810℃的温度下烧结9～11h，得到LiNi0.5Mn1.5O4材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述锰盐为乙酸锰、硫酸锰、硝酸锰中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，异丙醇和水的体积比为1:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，搅拌的时间为0.5h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，将混合液A按照3℃/min的速率升温至180℃，然后恒温加热6h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，采用去离子水对产物B进行离心清洗，离心转速为9000～11000r/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中，冷冻干燥的条件为：温度为-48～-38℃，时间为11～13h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述锂源为硝酸锂，所述镍源为硝酸镍。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，烧结的温度为800℃，烧结的时间为10h。
10.权利要求1至9任一项所述的制备方法制得的LiNi0.5Mn1.5O4材料在锂离子电池中的应用。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6193947B1 (en) * 1997-07-03 2001-02-27 Agency Of Industrial Science And Technology Process for preparing layered rock-salt type lithium manganese oxide by mixed alkaline hydrothermal method
CN103762354A (zh) * 2014-01-22 2014-04-30 中南大学 一种LiNi0.5Mn1.5O4材料、其制备方法及锂离子电池
CN103771544A (zh) * 2014-02-22 2014-05-07 吉林大学 一种空心四氧化三钴微球的制备方法
CN104261478A (zh) * 2014-09-19 2015-01-07 济南大学 一种Mn3O4纳米线或纳米棒的制备方法
CN104478007A (zh) * 2014-12-17 2015-04-01 江苏合志锂硫电池技术有限公司 四氧化三钴的制备方法
CN104966830A (zh) * 2015-05-25 2015-10-07 哈尔滨工业大学 一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法及应用
CN105185981A (zh) * 2015-08-18 2015-12-23 昆明理工大学 一种LiNixMn2-xO4正极材料的制备方法
CN106442687A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 许昌学院 一种修饰电极及其制备方法和在色素检测方面的应用
CN107256964A (zh) * 2017-06-14 2017-10-17 哈尔滨工业大学（威海） 一种高电压锂电池正极材料棒状镍锰酸锂的制备方法
CN109942024A (zh) * 2019-03-07 2019-06-28 澳门大学 一种四氧化三锰-石墨烯片纳米复合物及其制备方法与应用

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6193947B1 (en) * 1997-07-03 2001-02-27 Agency Of Industrial Science And Technology Process for preparing layered rock-salt type lithium manganese oxide by mixed alkaline hydrothermal method
CN103762354A (zh) * 2014-01-22 2014-04-30 中南大学 一种LiNi0.5Mn1.5O4材料、其制备方法及锂离子电池
CN103771544A (zh) * 2014-02-22 2014-05-07 吉林大学 一种空心四氧化三钴微球的制备方法
CN104261478A (zh) * 2014-09-19 2015-01-07 济南大学 一种Mn3O4纳米线或纳米棒的制备方法
CN104478007A (zh) * 2014-12-17 2015-04-01 江苏合志锂硫电池技术有限公司 四氧化三钴的制备方法
CN104966830A (zh) * 2015-05-25 2015-10-07 哈尔滨工业大学 一种棒状镍锰酸锂材料的制备方法及应用
CN105185981A (zh) * 2015-08-18 2015-12-23 昆明理工大学 一种LiNixMn2-xO4正极材料的制备方法
CN106442687A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 许昌学院 一种修饰电极及其制备方法和在色素检测方面的应用
CN107256964A (zh) * 2017-06-14 2017-10-17 哈尔滨工业大学（威海） 一种高电压锂电池正极材料棒状镍锰酸锂的制备方法
CN109942024A (zh) * 2019-03-07 2019-06-28 澳门大学 一种四氧化三锰-石墨烯片纳米复合物及其制备方法与应用

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