[发明专利]一种多晶LiNixMn2-xO4正极材料及其合成方法

说明书

本发明涉及一种多晶LiNi_xMn_2‑xO₄正极材料及其合成方法。本发明多晶LiNi_xMn_2‑xO₄正极材料具有尖晶石型结构，空间点群为Fd3m，其颗粒尺寸为50‑100nm，它的放电比容量为101.5~110.2mAh·g^‑1；第100次放电比容量为85.7~102.0mAh·g^‑1；容量保持率是84.4%~92.6%。与现有技术相比，本发明合成多晶LiNi_xMn_2‑xO₄正极材料的循环性能明显优于现有的LiMn₂O₄，本发明制备方法简单迅速，并且反应温度低，时间短。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域。更具体地，本发明涉及一种多晶LiNixMn2-xO4正极材料，还涉及所述多晶LiNixMn2-xO4正极材料的合成方法。

背景技术

锂离子电池具有比容量高、环境友好和无记忆效应等优点，因此被广泛应用于电动车和混合动力电动车等设备。而尖晶石型LiMn2O4具有高安全性、高能量密度、高功率密度、锰资源丰富、低毒、环境友好等优点，因此它成为一种最具应用前景的锂离子电池正极材料。但是，因其在充放电循环过程中容量快速衰减、高温条件下(≧55℃)循环稳定性差等缺点，从而制约其发展。目前，尖晶石型LiMn2O4改性研究主要集中于包覆改性与离子掺杂两种方式。在目前研究的离子掺杂方式中，Ni离子掺杂是研究热点之一。目前LiMn2O4材料研究分为两类，一类是颗粒为单晶LiMn2O4的制备，另一类是多晶LiMn2O4的制备。多晶LiMn2O4的制备方法研究很多，比如溶胶-凝胶法、喷溅涂覆法、熔盐燃烧法、静电纺丝法和共沉淀法等，这些方法都具有复杂、反应时间长的缺点。为此人们正在寻找一种简单、快速的合成方法，例如Li XL等人，题目“Synthesis and Charge-Discharge Characteristicsof Polycrystalline LiNi1-xCoxO2 (0≤x≤0.5) as a Cathode Material for LithiumRechargeable Batteries”，《Key Engineering Materials》, 2005, 280-283:443-446；Yang H等人，题目“Biogel‐Derived Polycrystalline MnO Spheres/S-Doped CarbonComposites with Enhanced Performance as Anode Materials for Lithium‐IonBatteries”，《Chemelectrochem》，2017, 4(6):1411-1418；Wu F等人，题目“Stablenanostructured cathode with polycrystalline Li-deficientLi0.28Co0.29Ni0.30Mn0.20O2 for lithium-ion batteries”，《Nano Letters》, 2014,14(3):1281；Ajayi B P等人 ，题目“Atmospheric Plasma Spray Pyrolysis ofLithiated Nickel-Manganese-Cobalt Oxides for Cathodes in Lithium IonBatteries”，《Chemical Engineering Science》, 2017, 174, 302-310；Ⅴ.Kunjuzwa N等人，“Stable nickel-substituted spinel cathode material LiMn1.9Ni0.1O4 forlithium-ion batteries obtained by using a low temperature aqueous reductiontechnique”，《Rsc Advances》, 2016, 6:111882-111888；Raju K等人，题目“Microwave-enhanced electrochemical cycling performance of the LiNi0.2Mn1.8O4 spinelcathode material at elevated temperature”，《Physical Chemistry ChemicalPhysics》, 2016, 18(18):13074；Wei Q等人，题目“Spherical concentration-gradientLiMn1.87Ni0.13O4 spinel as a high performance cathode for lithium ionbatteries”，《Journal of Materials Chemistry》, 2013, 1(12):4010-4016。