[发明专利]一种复合尖晶石材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于尖晶石材料的制备领域，公开了一种复合尖晶石材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于其具有能量密度高、自放电小、工作电压高、循环性能好、环境友好等优点，而广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动车等领域。随着锂离子电池应用领域的扩大，对锂离子电池正极材料也提出了新的要求。自从研究发现某些元素（如Co,Ni,Cr,Cu,Fe）对尖晶石LiMn₂O₄中的Mn元素进行部分替代，会形成一系列更高电位平台的尖晶石相的电极材料以来，高电压型正极材料由此受到了人们的关注，有望成为新一代锂离子动力电池的首选正极材料。

目前，对于该材料的合成方法主要有高温固相、溶胶凝胶、共沉淀法等。但这些方法操作起来都相对复杂，能耗较高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种复合尖晶石材料及其制备方法和应用。本发明的制备方法简单，能耗低，可制得高结晶度的尖晶石材料；该材料粒度分布均匀，团聚少，分散性好；用于锂离子电池正极材料时，具有非常优异的循环稳定性、良好的倍率。

为实现上述技术方案，本发明采用如下技术方案：

一种复合尖晶石材料，所述的材料其化学式为：Li₂Co_0.6Ni_0.4Mn₃O₈。

一种制备如上所述的复合尖晶石材料的方法，包括以下步骤：

1）称取0.338-0.507g硫酸锰、0.175-0.263g硫酸镍和0.187-0.281g硫酸钴放入反应釜内衬中，加入10-15mL水，搅拌使原料溶解；然后加入0.5-1.5g尿素，搅拌溶解，再加入2-2.5moL/L的氢氧化锂55-60mL，最后加入1-1.5g过硫酸铵反应，搅拌1min；

2）然后将反应釜内衬密封后，放入反应釜中，放在烘箱中180-200℃反应12-30小时；

3）再经离心洗涤干燥后得到样品，所得样品再经600-800℃退火6-12小时，制得复合尖晶石材料。

一种如上所述的复合尖晶石材料的应用：用于锂离子电池的正极材料。

锂电池组装：按质量比富锂:碳黑:聚偏氟乙烯＝75-85:10-15:5-10，混合研磨后均匀地涂在0.25cm²的铝片上做正极，负极为金属锂，电解质是1MLiPF₆的EC+EMC(EC/EMC=1/1v/v)溶液。电池组装均在氩气氛围的手套箱里进行（水及氧的含量均低于0.5ppm）。

本发明的有益效果在于：

1）本发明用简单的水热法一步合成高性能的新型尖晶石材料，其操作简便、能耗小、纯度高、性能优异，可以作为高能量锂离子电池正极材料；

2）该材料粒度分布均匀，团聚少，分散性好；用于锂离子电池正极材料时，具有良好的倍率，以及非常优异的循环稳定性（在电流密度100mAg^-1下，经过100次循环比容量可以达到150mAhg^-1）。

附图说明

图1是水热制得的样品和经过进一步热处理后的样品的XRD；

图2样品的扫描电镜图（SEM）；

图3是样品在不同电流密度下的放电曲线；

图4是样品在电流密度100mAg^-1下的循环性能图；

图5复合尖晶石材料的能谱分析图。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

一种复合尖晶石材料的制备方法：

1）首先称取0.400g硫酸锰、0.210g硫酸镍和0.223g硫酸酸钴放入反应釜内衬中，加入12mL水，搅拌使药品溶解，加入1.0g尿素，搅拌溶解，加入2.2moL/L的氢氧化锂58mL，然后加入1.2g过硫酸铵反应，搅拌一分钟（注意不可搅拌太长时间，否则会有杂相生成）；

2）最后将反应釜内衬盖好盖放入反应釜中，放在烘箱中190℃反应20小时；

3）再经离心洗涤干燥后得到样品，所得样品再经700℃退火8小时；