[发明专利]纳米AZO包覆八面体结构镍锰酸锂复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了纳米AZO包覆八面体结构镍锰酸锂复合材料及制备方法。采用两步液相沉淀结合固相烧结法制备得到的纳米AZO包覆八面体结构镍锰酸锂复合材料具有优异的微观结构、高的比容量、好的抗腐蚀性、优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，更具体地说涉及氧化铝掺杂的氧化锌（AZO）包覆八面体结构镍锰酸锂(LNMO)复合材料及制备方法。

背景技术

电子设备广泛应用于生产生活的各个领域，其电源多使用锂离子电池，因此锂离子电池的能量密度决定着电子设备的续航能力。正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，其能量密度对锂离子电池能量密度起着决定性作用。镍锰酸锂因其较高的能量密度以及优异的耐低温性能被认为是非常具有应用前景的锂电池正极材料。然而镍锰酸锂也存在着导电性差、质量比容量低等缺点，制备高电导率镍锰酸锂基正极材料是实现镍锰酸锂产业应用的关键。

氧化铝掺杂的氧化锌（AZO)是一种高电导率的半导体功能材料，因此其优异的性能在诸多功能材料领域得到广泛研究和应用。将AZO包覆在镍锰酸锂颗粒表面得到的AZO包覆镍锰酸锂基复合材料是一种性能优异的锂电池正极材料，可以代替现有的镍锰酸锂成为高电压正极材料的更优选择。授权公告号CN102983324 B公开的AZO包覆镍锰酸锂二次锂电池正极材料及其制备方法，采用喷雾干燥+固相烧结的方法获得中间产物镍锰酸锂，再采用直接将液体蒸干的方法包覆AZO，所形成的产品性能有待进一步优化提升。

发明内容

本发明提供了一种纳米AZO包覆八面体结构镍锰酸锂基复合材料及制备方法，该方法可以制备得到纳米AZO包覆的八面体结构镍锰酸锂(LNMO)复合材料，该复合材料用作锂电池正极材料，具有优异的电化学性能。

本发明通过以下技术方案实现：

纳米AZO包覆八面体结构镍锰酸锂复合材料制备方法，包括以下制备步骤：

（1）将可溶性镍盐和锰盐按镍锰元素摩尔比1：3比例溶解于去离子水中，在25～50℃恒温条件下剧烈搅拌，缓慢加入浓度0.5～2 mol/L氢氧化钠溶液调节溶液pH值至9～12，继续恒温搅拌1～4小时，然后离心、洗涤、干燥得到中间产物前驱体；

（2）将步骤（1）得到的中间产物前驱体与锂盐的锂元素摩尔比1：1.04-1.1混合后进行煅烧，煅烧工艺为：以1～5℃/min速度升温至400～600℃，保温2～6小时；然后以1～5℃/min速度升温至800～950℃，保温15～25小时；随后以1～5℃/min速度降温至室温，破碎过筛后得到八面体结构镍锰酸锂粉体；

（3）将可溶性锌盐、铝盐和螯合剂按照比例溶解于乙醇水溶液，得到AZO溶液，其中铝离子物质的量占锌离子与铝离子总物质的量的0.5%～3%，螯合剂的物质的量与锌离子与铝离子总物质的量的比为1-3：1，乙醇水溶液中乙醇体积占比为≤50%；然后将步骤（2）得到的八面体结构镍锰酸锂粉体按照比例分散在该溶液中，AZO的质量占八面体结构镍锰酸锂粉体的质量的0.2%-2%，再在50-80 ℃恒温条件下向混合液中逐渐加入碱溶液调节混合液pH值达9-12，继续恒温搅拌1-4 h，然后离心、洗涤、干燥得到最终产物前驱体；

（4）将步骤（3）得到的最终产物前驱体进行煅烧，煅烧工艺为：从室温以5-20℃/min的速度升温至特定400-500 ℃，保温1-4小时后降温，得到AZO包覆镍锰酸锂复合材料。

本发明进一步优选，步骤（2）中所述锂盐为碳酸锂、或者氢氧化锂、或者氢氧化锂水合物。

本发明进一步优选，步骤（3）中所述螯合剂为柠檬酸、或者柠檬酸水合物。

本发明进一步优选，步骤（3）中所述碱溶液为氢氧化钠溶液、或者氢氧化钾溶液、或者氢氧化锂溶液、或者以上两种或三种溶液的混合液。