CN111675248A - 一种介孔三元纳米片正极材料的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种介孔三元纳米片正极材料（LiNi1‑x‑yCoxMnyO2（0<x<1,0<y<1））的制备方法，本发明利用常压低温法制备介孔三元纳米片材料，该结构具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。0.1C平均放电比容量约171 mAh/g，0.5C平均放电比容量约186 mAh/g，1C平均放电比容量约169 mAh/g，到10C平均放电比容量约93 mAh/g，重返0.1C平均放电比容量约167 mAh/g，具有较好的倍率性能。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。

Description

一种介孔三元纳米片正极材料的制备方法及其产品和应用
技术领域
本发明涉及一种锂电正极材料的制备方法，特别是涉及一种介孔三元纳米片正极材料的制备方法及其产品和应用。
背景技术
随着更小、更轻和更高性能的电子和通讯设备的迅速发展，人们对为这些设备提供电源的电池性能尤其对比能量提出了越来越高的要求。但是，目前已商品化的锂离子电池和 MH/Ni电池的比容量已经很难继续提高。因此，迫切需要开发比能量更高的电池。锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。锂离子电池作为最新一代的绿色高能蓄电池，于20世纪90年代初迅速发展起来，锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。
三元材料因其价格低廉，性能稳定，被称为是锂电池的首选材料。由于三元材料LiNi1-x-yCoxMnyO2（0<x<1, 0<y<1）具有优于磷酸亚铁锂和钴酸锂的特性，并且根据调节镍、钴、锰的比例，可以制备出不同性能的三元电极材料。随着新能源汽车的兴起和发展，提高三元材料电化学性能成为研究的热点。
发明内容
本发明目的在于提供一种介孔三元纳米片正极材料的制备方法，以提高三元材料的电化学性能。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法获得的介孔三元纳米片正极材料产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过以下方案实现：一种介孔三元纳米片正极材料的制备方法，所述正极材料为LiNi1-x-yCoxMnyO2（0<x<1, 0<y<1），包括下述步骤：
（1）将长链烷基胺溶于醇溶液中，使其浓度为5~100 g/L，标记为溶液A；
（2）分别将醋酸锂、镍酸盐、钴酸盐和锰酸盐溶于去离子水中，使其摩尔量比1: 1-x-y:x:y，标记为溶液B；
（3）将溶液B缓慢滴加到溶液A中，常压低温0~40 ℃下反应2~30 h，将产物经过离心、用醇溶液洗涤3~5次，60~80℃烘箱干燥，得最终产物。
本发明利用常压低温法制备介孔三元纳米片材料。制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
在上述方案基础上，所述的长链烷基胺是十胺、十二胺中的一种或其组合。
所述的醇为甲醇、乙醇或丙醇中的一种或其组合。
所述的镍酸盐为镍酸钠、镍酸锂或镍酸钾中的一种或其组合。
所述的钴酸盐为钴酸锂、钴酸钠或钴酸钾中的一种或其组合。
所述的锰酸盐为锰酸锂、锰酸钠或锰酸钾中的一种或其组合。
本发明还提供了一种介孔三元纳米片正极材料，根据上述任一所述方法制备得到。本发明产品结构具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。
本发明也提供了一种介孔三元纳米片正极材料在锂离子电池中的应用。0.1C平均放电比容量约171 mAh/g，0.5C平均放电比容量约186 mAh/g，1C平均放电比容量约169mAh/g，到10C平均放电比容量约93 mAh/g，重返0.1C平均放电比容量约167 mAh/g，具有较好的倍率性能。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种介孔三元纳米片正极材料（LiNi1-x-yCoxMnyO2（0<x<1, 0<y<1））的制备方法，利用常压低温法制备介孔三元纳米片材料，该结构具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。并且制备方法简单，工艺条件容易实现，能量消耗低，且制备无污染。
附图说明
图1为实施例1介孔三元纳米片LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的XRD图；
图2为实施例2介孔三元纳米片LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2材料的循环寿命图；
图3为实施例3介孔三元纳米片LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的倍率性能图。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例1
一种介孔三元纳米片正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，利用常压低温法按下述步骤制备：
（1）将十胺溶于甲醇溶液中，使其浓度为5g/L，标记为溶液A；
（2）分别将醋酸锂、镍酸锂、钴酸锂和锰酸锂溶于去离子水中，使其摩尔量比1: 0.334:0.333: 0.333，标记为溶液B；
（3）将溶液B缓慢滴加到溶液A中，在常压0℃低温条件下反应30h，将产物经过离心、用甲醇溶液洗涤3次，60℃烘箱干燥，得最终产物一种介孔三元纳米片正极材料LiNi1/3Co1/ 3Mn1/3O2。
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的XRD图见图1，经与文献对比，该材料是纯相，且R(003)/(104)=1.7，大于1.2，说明没有Li+与Ni2+的离子混杂现象，（006）/(102)与（108）/（110）分裂峰说明材料是层状结构。
实施例2
一种介孔三元纳米片正极材料LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2，制备方法与实施例1近似，按下述步骤制备：
（1）将十二胺溶于乙醇醇溶液中，使其浓度为10 g/L，标记为溶液A；
（2）分别将醋酸锂、镍酸钠、钴酸钠和锰酸钠溶于去离子水中，使其摩尔量比1: 0.5:0.3:0.2，标记为溶液B；
（3）将溶液B缓慢滴加到溶液A中，常压10℃低温下反应20 h，将产物经过离心、用乙醇溶液洗涤5次，80℃烘箱干燥，得最终产物介孔LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2纳米片材料。
介孔三元纳米片LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2材料的循环寿命图如图2所示，首次放电比容量为177 mAh/g，经过50次循环放电比容量为139 mAh/g。
实施例3
一种介孔三元纳米片正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，制备方法与实施例1近似，按下述步骤制备：
（1）将十胺溶于乙醇醇溶液中，使其浓度为5 g/L，标记为溶液A；
（2）分别将醋酸锂、镍酸、钴酸钠和锰酸钠溶于去离子水中，使其摩尔量比1: 0.8:0.1:0.1，标记为溶液B；
（3）将溶液B缓慢滴加到溶液A中，常压20℃低温下反应15 h，将产物经过离心、用乙醇溶液洗涤5次，80 ℃烘箱干燥，得最终产物介孔LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2纳米片材料。
图3为介孔三元纳米片LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料的倍率性能图，0.1C平均放电比容量约171 mAh/g，0.5C平均放电比容量约186 mAh/g，1C平均放电比容量约169 mAh/g，到10C平均放电比容量约93 mAh/g，重返0.1C平均放电比容量约167 mAh/g，具有较好的倍率性能。

Claims (8)

1.一种介孔三元纳米片正极材料的制备方法，所述正极材料为LiNi1-x-yCoxMnyO2（0<x<1, 0<y<1），其特征在于，利用常压低温法制备介孔三元纳米片材料，包括下述步骤：
（1）将长链烷基胺溶于醇溶液中，使其浓度为5~100 g/L，标记为溶液A；
（2）分别将醋酸锂、镍酸盐、钴酸盐和锰酸盐溶于去离子水中，使其摩尔量比1：1-x-y：x：y，标记为溶液B；
（3）将溶液B缓慢滴加到溶液A中，在常压低温0~40℃条件下反应2~30h，将产物经过离心、用醇溶液洗涤3~5次，60~80℃烘箱干燥，得最终产物一种介孔三元纳米片正极材料。
2.根据权利要求1所述介孔三元纳米片正极材料的制备方法，其特征在于所述的长链烷基胺是十胺、十二胺中的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述介孔三元纳米片正极材料的制备方法，其特征在于所述的醇为甲醇、乙醇或丙醇中的一种或其组合。
4.根据权利要求1所述介孔三元纳米片正极材料的制备方法，其特征在于所述的镍酸盐为镍酸钠、镍酸锂或镍酸钾中的一种或其组合。
5.根据权利要求1所述介孔三元纳米片正极材料的制备方法，其特征在于所述的钴酸盐为钴酸锂、钴酸钠或钴酸钾中的一种或其组合。
6.根据权利要求1所述介孔三元纳米片正极材料的制备方法，其特征在于所述的锰酸盐为锰酸锂、锰酸钠或锰酸钾中的一种或其组合。
7.一种介孔三元纳米片正极材料，其特征在于根据权利要求1-6任一所述方法制备得到。
8.一种根据权利要求7所述介孔三元纳米片正极材料在锂离子电池中的应用。
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