[发明专利]一种长径比可调的一维微纳结构锰基锂离子电池电极材料的通用制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学电源电极材料的通用制备方法，特别涉及合成一种长径比可调的一维微纳结构锰基锂离子电池电极材料，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池能够高效率地进行能量转换和储存，已经成为储能领域发展的关键技术，并以其工作电压高、能量密度大、无记忆效应以及使用寿命长等特点，受到各领域广泛地的关注。随着人类社会的不断进步，便携式电子产品趋于小型化、轻型化，特别是电动汽车和电网储能的迅猛发展，商业化的钴酸锂电极材料已经满足不了动力型和储能型锂离子电池的要求。因此，设计和开发出生产成本低、安全性高的高能量密度和高功率密度的新型锂离子电池电极材料具有相当重要的意义。

锰基锂离子电池电极材料，如xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂、xLi₂MnO₃·(1-x)LiNi_0.5Mn_0.5O₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、LiNi_xCo_1-x-yMn_yO₂、LiMn₂O₄、Zn_xMn_2-xO₄、Ni_xMn_2-xO₄(0＜x＜1)等，因其能量和功率密度高、成本低等优势，从而得到广泛的研究。但由于锂离子电池充放电过程中锂离子扩散速度较慢，不利于电化学性能的提高，而形貌均匀、单分散的一维微纳结构电极材料在充放电过程中能够保持一致的充放电状态，同时一维微纳结构能缩短锂离子的扩散路径，缓冲锂离子在嵌入和脱出过程中引起的结构应变，提高电极材料的循环稳定性，有效地提高锂离子电池的电化学性能。因此，制备形貌均匀的一维微纳结构锂离子电池电极材料具有重要意义。

例如，直径在100-400nm、长度>10μm的LiNi_0.5Mn_1.5O₄多孔纳米棒曾被报道通过微乳液法制备，其在1C和20C倍率下放电比容量分别达到140和109mAh·g^-1，在5C倍率下循环500次后容量保持率达到91％(参见：X.L.Zhang,F.Y.Cheng,J.G.Yang,J.Chen,LiNi_0.5Mn_1.5O₄porous nanorods as high-rate and long-life cathodes for Li-ion batteries[J],Nano Letters,2013,13(6):2822-2825.)；直径100nm、长度>3μm的富锂Li_0.88[Li_0.18Co_0.33Mn0.49]O₂纳米线也曾被报道通过水热法制备，放电比容量在0.2C和15C倍率下分别达到245和220mAh·g^-1，其在15C倍率下的比容量与0.2C相比，保持率高达90％，显示了很好的倍率性能(参见：Y.Lee,M.G.Kim,J.Cho,Layered Li_0.88[Li_0.18Co_0.33Mn_0.49]O₂nanowires for fast and high capacity Li-ion storage material[J],Nano Letters,2008,8(3):957-961.)。但是这些方法需要借助表面活性剂构成的微乳液体系或者需要高温高压的水热条件，工艺条件较为复杂，而且还没有报道过一种通用的能够合成一系列一维微纳结构锰基锂离子电池电极材料的方法

发明内容