| 热词 | 尖晶石 晶石 正极 蒸汽 放电 性能 | ||
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 撤回; |
| 专利有效性 | 无效专利 | 当前状态 | 撤回 |
| 申请号 | CN202010216610.0 | 申请日 | 2020-03-25 |
| 公开(公告)号 | CN111233053A | 公开(公告)日 | 2020-06-05 |
| 申请人 | 海安常州大学高新技术研发中心; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 刘振; | 第一发明人 | 刘振 |
| 权利人 | 海安常州大学高新技术研发中心 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 海安常州大学高新技术研发中心 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省南通市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省南通市海安市城东镇晓星大道8号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：226600 |
| 主IPC国际分类 | C01G53/00 | 所有IPC国际分类 | C01G53/00 ; H01M4/505 ; H01M4/525 ; H01M10/0525 |
| 专利引用数量 | 2 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 6 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 扬州市锦江专利事务所 | 专利代理人 | 江平; |
| 摘要 | 一种 尖晶石 镍锰酸锂 正极材料 的改性方法，属于 锂离子 电池 正极材料生产技术领域。将尖晶石镍锰酸锂正极材料置于酸 蒸汽 中进行熏蒸，再将熏蒸后的尖晶石镍锰酸锂正极材料以去离子 水 洗涤后烘干、 煅烧 ，取得改性的尖晶石镍锰酸锂正极材料。本 发明 采用酸蒸汽构成酸性氛围对尖晶石镍锰酸锂正极材料进行酸处理，相比于酸浸处理会温和很多，可以有效避免 酸溶液 对材料表面的损害，在改善其首次不可逆容量的同时，提升改性后材料的循环性能，从而更好地提高尖晶石镍锰酸锂正极材料的性能。 | ||
| 权利要求 | 1.一种尖晶石镍锰酸锂正极材料的改性方法，其特征在于：将尖晶石镍锰酸锂正极材料置于酸蒸汽中进行熏蒸，再将熏蒸后的尖晶石镍锰酸锂正极材料以去离子水洗涤后烘干、煅烧，取得改性的尖晶石镍锰酸锂正极材料；所述尖晶石镍锰酸锂正极材料的结构式为：LiNi0.5Mn1.5O4。 |
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| 说明书全文 | 一种尖晶石镍锰酸锂正极材料的改性方法技术领域背景技术[0002] 锂离子电池作为一种高效的储能设备可以将这些电能转化成化学能以备各个领域所使用。近年来，基于新能源电动汽车领域对更高规格储能设备的需求，锂离子电池向高比能量、高功率密度、高安全性、长循环寿命、低成本等方向的开发日趋迫切。其中正极材料的性能将直接影响电池的充放电容量、循环性能、倍率性能和高温热稳定性。而尖晶石镍锰酸锂正极材料拥有很高的放电平台，具有较高的能量密度迅速成为能源和材料领域的研究焦点。 [0003] 尖晶石镍锰酸锂正极材料由于其成本低廉、安全性好以及能量密度高等特点，被认为是突破目前锂离子电池应用瓶颈有希望的正极材料之一。但尖晶石镍锰酸锂正极材料自身也存在一些比较严重的问题，如循环性能较差，电压衰减过快，首次不可逆容量过高等，严重阻碍了其商业化应用的进程。 发明内容[0004] 针对尖晶石镍锰酸锂正极材料存在的以上问题，本发明提出一种酸蒸汽处理的尖晶石镍锰酸锂正极材料的改性方法。 [0005] 本发明技术方案是：将尖晶石镍锰酸锂正极材料置于酸蒸汽中进行熏蒸，再将熏蒸后的尖晶石镍锰酸锂正极材料以去离子水洗涤后烘干、煅烧，取得改性的尖晶石镍锰酸锂正极材料；所述尖晶石镍锰酸锂正极材料的结构式为：LiNi0.5Mn1.5O4。 [0006] 本发明通过酸蒸汽进行熏蒸的酸处理时具有两个重要过程，首先H+/Li+的交换反应，提升了材料的氧化还原能力，加速锂通道的形成；其次，可以滤去尖晶石镍锰酸锂正极材料Li2MnO3组分中的Li2O，形成MnO2，而MnO2在放电过程可以嵌锂，增加了Li的嵌入量，从而提升材料的性能。 [0007] 已有研究的酸处理是对材料进行酸浸，而酸浸会对材料的表面构成一定程度的腐蚀，虽然可以降低容量的损失，但对其循环性能有不利影响。 [0008] 而本发明通过简单的工艺流程，采用酸蒸汽构成酸性氛围对尖晶石镍锰酸锂正极材料进行酸处理，相比于酸浸处理会温和很多，可以有效避免酸溶液对材料表面的损害，在改善其首次不可逆容量的同时，提升改性后材料的循环性能，从而更好地提高尖晶石镍锰酸锂正极材料的性能。 [0009] 进一步地，本发明所述酸蒸汽的浓度为1～2mol/L。 [0011] 酸蒸汽处理主要通过酸性氛围对材料进行表面处理，其主要通过酸性气氛中的H++ + +与材料表面Li 进行H/Li 交换反应，使得尖晶石镍锰酸锂正极材料表面残存的Li2O被清除，抑制了电极与电解质之间的副反应，从而提升材料的电化学性能。在1～5mol/L的浓度范围内，可以的到适当的酸蒸汽气氛对材料进行表面处理。 [0012] 所述熏蒸的时间为5～24小时。酸蒸汽处理的方式较为温和，需要使尖晶石镍锰酸锂正极材料在酸气氛中处理足够的时间来进行H+/Li+交换反应，在此时间范围内反应较为充分。 [0015] 图1为未经酸处理的原始尖晶石镍锰酸锂正极材料的SEM图。 [0016] 图2为醋酸蒸汽处理材料的SEM图。 具体实施方式[0017] 一、制备尖晶石镍锰酸锂正极材料：采用共沉淀法制备尖晶石镍锰酸锂前驱体，以硫酸盐配置金属盐溶液，碳酸钠为沉淀剂，氨水为络合剂，控制一定的进样速度，pH值，在60℃水浴加热下进行共沉淀反应，得到尖晶石镍锰酸锂前驱体悬浮液。其沉降将，洗涤，烘干后得到尖晶石镍锰酸锂前驱体。 [0018] 将制备的尖晶石镍锰酸锂前驱体在与锂盐均匀混合后煅烧，煅烧时先升温至500℃，保温3h，再升温至900℃，保温8h，最后冷却至室温，得到所需尖晶石镍锰酸锂正极材料，其化学式为Li0.5Mn1.5Ni0.5O4 。 [0019] 二、改性工艺：实施一： 量取一定量的醋酸，加入去离子水稀释，取得浓度为2mol/L的醋酸水溶液。将以上醋酸水溶液倒入容器内，将漏斗状滤纸挂在容器瓶口处，再把正极材料均匀分布在滤纸上，并在滤纸上方开口处盖上玻璃片，避免酸蒸汽逸出或液化滴入材料中。 [0020] 然后将容器置于40～60℃的恒温水浴中，并对容器内醋酸水溶液采用磁力搅拌，形成酸蒸汽。在经过熏蒸的12h后取样。 [0021] 将各样品使用去离子水洗涤2～3次后，抽滤，然后将抽滤好的样品置于电热鼓风干燥箱中70℃烘干2h，取得烘干的材料。将烘干的材料在马弗炉中300℃煅烧3h，除去由于材料中留下的水分，得到改性的材料样品。 [0022] 实施二：量取一定量的盐酸，加入去离子水稀释，取得浓度为2mol/L的盐酸水溶液。将以上盐酸水溶液倒入容器内，将漏斗状滤纸挂在容器瓶口处，再把正极材料均匀分布在滤纸上，并在滤纸上方开口处盖上玻璃片，避免酸蒸汽逸出或液化滴入材料中。 [0023] 然后将容器置于40～60℃的恒温水浴中，并对容器内盐酸水溶液采用磁力搅拌，形成酸蒸汽。在经过熏蒸的12h后取样。 [0024] 将各样品使用去离子水洗涤2～3次后，抽滤，然后将抽滤好的样品置于电热鼓风干燥箱中70℃烘干2h，取得烘干的材料。将烘干的材料在马弗炉中300℃煅烧3h，除去由于材料中留下的水分，得到改性的材料样品。 [0025] 对比例：采用第一步所制备的尖晶石镍锰酸锂正极材料，其它方法同实施例一，只是不进行酸处理，得到对比例材料样品。 [0026] 四、测试：将实施例和对比例取得的样品分别采用组装纽扣电池，并对各自的充放电性能进行平行试验。 [0028] 以锂片作为负极，在充满氩气的手套箱内装配电池。 [0029] 五、性能分析：1、SEM分析： 由图1、2可以看出，两种种材料形貌均为球形颗粒，同时经过醋酸处理之后的材料表面更加光滑，但盐酸处理后的材料表面较为粗糙。 [0030] 2、电化学性能测试：采用本发明方法取得的改性材料组装电池测试在0.05C下测试材料的首次充放电性能，在0.5c下进行循环性能测试。 [0031] 对比例未经酸处理材料其首次放电容量为125mAh/g，充放电效率为79%；实施一及实施二中的醋酸蒸汽处理材料及盐酸蒸汽处理材料首次放电容量分别为131Ah/g、127Ah/g，充放电效率分别为83%，85%左右。未用酸处理的材料其首次放电效率明显低于酸处理的材料，因此酸处理可以提高材料的首次充放电效率。 |
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