專利名稱：一種鋰離子電池正極材料LiNi的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能的鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn0.5O2的制備方法。制備的材料具有比容量高、循環(huán)性能優(yōu)越、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是新一代高比能量化學(xué)電源。自投放市場(chǎng)以來(lái)，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、便攜式電子設(shè)備、軍事裝備電源和小型衛(wèi)星電源，同時(shí)也是電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車的首選配套電源。目前，市場(chǎng)上鋰離子電池的正極材料主要為L(zhǎng)iCoO2，其比容量可達(dá)140mAh/g，但其價(jià)格較高、有一定的環(huán)境污染。從發(fā)展看，需要一種價(jià)廉、性能更好的材料代替LiCoO2成為必然的趨勢(shì)。層狀LiNi1/2Mn1/2O2由于比容量高、循環(huán)性能好，成本低已成為鋰離子電池正極材料發(fā)展的新方向。Michael E.Spahr等人[J.Electrochem.Soc.，145，1113-1121(1998)]采用溴水氧化共沉淀的方法制備的LiNi1/2Mn1/2O2循環(huán)性能差、污染嚴(yán)重。T.Ohzuku等人[Chemistry Letters，744(2001)]利用購(gòu)買的鎳、錳氫氧化物和氫氧化鋰混合，需要在1000℃的高溫煅燒。Z.Lu等人[Electrochem.Solid State Lett.4，A191(2001)]和J.-S.Kim等人[Electrochem.Commun.4，205-209(2002)]先制備鎳、錳的共沉淀氫氧化物，然后和氫氧化鋰混合，900℃煅燒3小時(shí)制備的層狀LiNi1/2Mn1/2O2比容量低，在2.5-4.3V的工作區(qū)間，比容量?jī)H為125mAh/g左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種制備步驟簡(jiǎn)單、操作方便、生產(chǎn)成本低、適合工業(yè)化生產(chǎn)的鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn0.5O2的制備方法，以克服現(xiàn)有制備方法的缺點(diǎn)，和提高材料的電化學(xué)性能。
本發(fā)明提出的鋰離子電池正極材料的制備方法，采用模板劑法，具體步驟如下(1)將鎳化合物、錳化合物和和鋰化合物溶解于醇或水中；(2)在步驟(1)中加入丙二醇聚丙烯聚乙烯醚類表面活性劑為模板劑，加熱蒸去溶劑；(3)對(duì)步驟(2)得到的產(chǎn)物，研磨，在300-400℃溫度下煅燒3-4小時(shí)后，再在500-1000℃溫度下煅燒6-48小時(shí)，冷卻到室溫后，研磨，用300目分樣篩過(guò)篩即得產(chǎn)品。
本發(fā)明中，步驟(1)中所述的鎳化合物可以為醋酸鎳、碳酸鎳、氯化鎳、六水氯化鎳、二水甲酸鎳、六水硝酸鎳、硫酸鎳、六水硫酸鎳、七水硫酸鎳中的任一種。
本發(fā)明中，步驟(1)中所述的錳化合物可以為醋酸錳、四水醋酸錳、碳酸錳、二氯化錳、四水二氯化錳、四氯化錳、六水硝酸錳、硫酸錳、一水硫酸錳、二水硫酸錳、三水硫酸錳、四水硫酸錳、五水硫酸錳、六水硫酸錳、七水硫酸錳中的任一種。
本發(fā)明中，步驟(1)中所述的鋰化合物可以為氯化鋰、碳酸鋰、乙酸鋰、硝酸鋰、三水硝酸鋰、硫酸鋰、一水硫酸鋰、一水氫氧化鋰中的任一種。
本發(fā)明中，步驟(1)中所述的醇可以為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、1，2-丙二醇，2，3-丙二醇，2，3-丁二醇，異丙醇，異丁醇中的任一種。
本發(fā)明中，步驟(2)中所述的模板劑可以為丙二醇聚丙烯聚乙烯醚類表面活性劑。
本發(fā)明中，步驟(2)中所述的模板劑可以為三嵌段共聚物(P(EO)-P(PO)-P(EO))。
本發(fā)明中，于步驟(2)中所述的模板劑的分子量在1000-30000之間。
本發(fā)明制備的材料LiNi0.5Mn0.5O2為層狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提出的高性能鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn0.5O2的制備方法有以下顯著特點(diǎn)(1)層狀LiNi0.5Mn0.5O2性能優(yōu)越，在2.5-4.3V工作區(qū)間，比容量高達(dá)150mAh/g以上且循環(huán)性能好。
(2)制備步驟簡(jiǎn)單、操作方便，生產(chǎn)成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是利用本發(fā)明介紹的模板劑法制備的層狀LiNi1/2Mn1/2O2的粉末X射線衍射圖。
圖2是利用本發(fā)明介紹的模板劑法制備的層狀LiNi1/2Mn1/2O2的粉末X射線衍射圖。
圖3是利用本發(fā)明介紹的模板劑法制備的層狀LiNi1/2Mn1/2O2和金屬鋰組裝成2025型扣式電池的首次充放電曲線。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1首先將化學(xué)計(jì)量比的氯化鎳、二氯化錳、氯化鋰溶于甲醇，往其中加入模板劑P123然后加熱，蒸去溶劑，研磨，在300-400℃溫度下煅燒3-4小時(shí)后，最后于700℃煅燒12小時(shí)，冷卻至室溫后取出研磨，過(guò)300目分樣篩，即可制得層狀LiNi1/2Mn1/2O2，其X-射線粉末衍射圖見(jiàn)圖1。
實(shí)施例2首先將化學(xué)計(jì)量比的醋酸鎳、四水醋酸錳、乙酸鋰溶于乙醇，往其中加入模板劑P123然后加熱，蒸去溶劑，研磨，在400℃溫度下煅燒4小時(shí)后，最后于850℃煅燒24小時(shí)，冷卻至室溫后取出研磨，過(guò)300目分樣篩，即可制得層狀LiNi1/2Mn1/2O2，其X-射線粉末衍射圖見(jiàn)圖2。
實(shí)施例3首先將化學(xué)計(jì)量比的硝酸鎳、硝酸錳、三水硝酸鋰溶于水，往其中加入模板劑P123然后加熱，蒸去溶劑，研磨，在300℃溫度下煅燒3小時(shí)后，最后于950℃煅燒6小時(shí)，冷卻至室溫后取出研磨，過(guò)300目分樣篩，即可制得層狀LiNi1/2Mn1/2O2，其充放電曲線見(jiàn)圖3。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn0.5O2的制備方法，其特征在于采用模板劑法，具體步驟如下(1)將鎳化合物、錳化合物和和鋰化合物溶解于醇或水中；(2)在步驟(1)中加入丙二醇聚丙烯聚乙烯醚類表面活性劑為模板劑，加熱蒸去溶劑；(3)對(duì)步驟(2)得到的產(chǎn)物，研磨，在300-400℃溫度下煅燒3-4小時(shí)后，再在500-1000℃溫度下煅燒6-48小時(shí)，冷卻到室溫后，研磨，用300目分樣篩過(guò)篩即得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的鎳化合物為醋酸鎳、碳酸鎳、氯化鎳、六水氯化鎳、二水甲酸鎳、六水硝酸鎳、硫酸鎳、六水硫酸鎳、七水硫酸鎳中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的錳化合物為醋酸錳、四水醋酸錳、碳酸錳、二氯化錳、四水二氯化錳、四氯化錳、六水硝酸錳、硫酸錳、一水硫酸錳、二水硫酸錳、三水硫酸錳、四水硫酸錳、五水硫酸錳、六水硫酸錳、七水硫酸錳中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的鋰化合物為氯化鋰、碳酸鋰、乙酸鋰、硝酸鋰、三水硝酸鋰、硫酸鋰、一水硫酸鋰、一水氫氧化鋰中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的醇為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、1，2-丙二醇，2，3-丙二醇，2，3-丁二醇，異丙醇，異丁醇中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的模板劑為丙二醇聚丙烯聚乙烯醚類表面活性劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的模板劑為三嵌段共聚物(P(EO)-P(PO)-P(EO))。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的模板劑的分子量在1000-30000之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高性能的鋰離子電池正極材料層狀LiNi
文檔編號(hào)H01M10/36GK1545158SQ20031010884
公開(kāi)日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者江志裕, 吳強(qiáng), 李正葆, 熊朝壽, 吳美遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué), 重慶萬(wàn)光電源股份有限公司