[发明专利]超级电容器正极材料稀土掺杂LiNi0.5Mn1.5O4的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器正极材料的制备方法，特别是涉及一种超级电容器正极材料稀土掺杂LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备方法。

背景技术

超级电容器的比容量为普通电容器的20~200倍，比功率通常大于1000W/kg，循环寿命大于10⁵次，可进行快速充放电，兼有电池高比能量和传统电容器高比功率的新型储能装置。

为了进一步提高超级电容器的能量密度，近年来开发出一种新型电容器——混合型超级电容器。在混合型超级电容器中，一极采用传统的电池电极并通过电化学反应来储存和转化能量，另一极通过双电层来储存能量。电池电极具有高能量密度，同时两者结合起来会产生更高的工作电压，因此混合型超级电容器的能量密度远大于双电层电容器。目前，混合型超级电容器是电容器研究的热点。

混合型超级电容器的两个电极分别采用不同的储能机理，其中一个电极选用赝电容类或二次电池类电极材料，另一电极选用双电层电容类碳材料。因此混合型电容器同时具有法拉第赝电容器或二次电池的高能量密度和双电层电容器的高功率密度。正极采用传统的电池电极并通过电化学反应来储存和转化能量，负极通过碳电极双电层来储存能量。电池电极具有高的能量密度，同时两者结合起来会产生更高的工作电压，因此混合型超级电容器的能量密度远大于双电层电容器，既具有电池的高容量，又具有超级电容器的高功率。

在各种嵌脱式锂离子电池正极材料中，LiNi_0.5Mn_1.5O₄的嵌脱锂电位高，循环性能好，是最有前景的5V级锂离子电池用正极材料。因此，在有机电解液中以其为正极材料，活性炭为负极组装的混合型电容器具有相对较高的工作电压。该体系的充放电曲线在1.5～2.8V区间呈倾斜的曲线，放电能量密度达55Wh/kg，1000次循环后容量保持率为80%，容量的衰减主要是由于电解液在高电压下的不稳定性所致。此外，在将LiNi_0.5Mn_1.5O₄或其他锂离子电池用正极材料(如LiMn₂O₄、LiCoO₂和LiCr_0.5Mn_1.5O₄等)与活性炭组装成混合型电容器时，正负极均以Li⁺为工作离子，形成“摇椅式”工作原理，因此不会造成电解液中阴阳离子的分离。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中超级电容器碳材料的比容量较低、成本较高的缺点，提供一种成本和能耗低、充放电容量高、比功率大的超级电容器正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的超级电容器正极材料稀土掺杂LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将镍源化合物、锰源化合物、锂源化合物和稀土化合物按Ni、Mn、Li、稀土为1：3.0：2.05-2.24：0.003-0.02的摩尔比分别计量，将镍源化合物、锰源化合物、锂源化合物加入反应罐中，加入目标产物LiNi_0.5Mn_1.5O₄重量800-1600%的纯净水，搅拌后得到混合溶液A；

（2）以目标产物LiNi_0.5Mn_1.5O₄的重量为基准，分别计量6-30%的柠檬酸、300-600%的纯净水和0.002-0.01%的分散剂，将柠檬酸和分散剂加入纯净水中，搅拌均匀，得到柠檬酸的水溶液；然后将所述稀土化合物加入柠檬酸的水溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液B；

（3）将混合溶液B在搅拌下缓慢加入到溶液A中，继续搅拌20-40分钟，得到溶液C； 

（4）向溶液C中滴加氨水，调节pH为5-7，再搅拌20-40分钟；

（5）将调好pH值的C溶液放入80-100℃水浴锅中水浴加热5-10小时，得到前躯体；

（6）将前驱体置于非金属器皿中，经工业微波炉热处理，制备出LiNi_0.5Mn_1.5O₄目标产物。