[发明专利]一种多孔泡沫状锰基固溶体正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种多孔泡沫状锰基固溶体正极材料及其制备方法。

背景技术

自上世纪90年代以来，锂离子电池在可携式电子产品市场占有很大的份额，并逐步在电动汽车及混合电动汽车上得到了实际应用。传统的锂电池正极材料LiCoO₂ 因价格高、安全性低及毒性大，使锂离子电池的更大规模的应用受到限制。尖晶石LiMn₂O₄及橄榄石LiFePO₄由于丰富的Mn、Fe储量、低毒性及安全性等特点吸引了专家的兴趣，但是LiMn₂O₄的低容量及LiFePO₄的低电压导致它们具有较低的能量密度。

富锂锰基层状固溶体材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂ (M＝Ni，Co，Mn中至少一种)的理论比容量超过300 mAh/g，实际可利用容量大于200 mAh/g，工作电压高，被认为是下一代最有前途的锂电池正极材料。

多孔材料在锂离子电池正极和负极材料中有大量的应用，表现出良好的电化学性质。这种多孔结构，一方面提高了电极材料与电解液的接触面积，有利于锂离子的扩散，从而提高了功率密度能量密度。另一方面还可以调节循环过程中张力的变化，提高其循环稳定性。对于富锂锰基层状固溶体材料来说，循环性能在第一圈以后就开始衰退，这是由于伴随着体相晶格中O^2-的脱出，Li⁺会发生不可逆回嵌，从而会导致晶格排列的变化，在材料表面产生微裂纹或非晶态的物质。而多孔材料可以起到一个缓冲和调节的作用，因而可以减小材料的结构变化。

发明内容

本发明的目的正是提供一种多孔泡沫状锰基固溶体正极材料及其制备方法，可以提高电极材料与电解液的接触面积，有利于锂离子的扩散，从而提高了功率密度能量密度，同时还可以调节循环过程中张力的变化，提高其循环稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种多孔泡沫状锰基固溶体正极材料及其制备方法为按一定化学计量比配置醋酸锂、醋酸锰、醋酸镍、醋酸钴的混合盐溶液；将一定质量百分比的高分子化合物造孔剂加入到上述混合盐溶液中，进行超声分散均匀；将和金属盐相同化学计量比的沉淀剂逐渐加入到上述混合物中；将以上混合物在一定温度下干燥；将上述干燥物研磨成粉末后在高温空气气氛下烧结一定时间即得到多孔泡沫状锰基固溶体。

上述混合盐溶液的总浓度为1–5 mol/L。

上述高分子化合物造孔剂包括聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）及酚醛树脂，质量分数为10%–50%。

上述的沉淀剂为草酸或碳酸。

上述的干燥温度为80–150 °C。

上述的烧结温度为800–1000 °C，焙烧时间为5-10h，升温速率为3-10°C/min。

本发明的优点：本发明采用高分子化合物热解造孔方法制备了多孔泡沫状固溶体正极材料，一方面提高了电极材料与电解液的接触面积，有利于锂离子的扩散，从而提高了功率密度能量密度。另一方面还可以调节循环过程中张力的变化，提高其循环稳定性。

附图说明

图1为本发明所述的PVP造孔的固溶体Li_1.2(Mn_0.4Ni_0.25Co_0.15)O₂的低倍SEM图；

图2为本发明所述的PVP造孔的固溶体Li_1.2(Mn_0.4Ni_0.25Co_0.15)O₂的高倍SEM 图；

图3为本发明所述用PVP造孔及未造孔的固溶体Li_1.2(Mn_0.4Ni_0.25Co_0.15)O₂在0.05C，电压窗口为2.0V–4.8V下的循环性质比较。

具体实施方式

实施例1

用PVP造孔的固溶体Li_1.2(Mn_0.4Ni_0.25Co_0.15)O₂的制备过程