[0023] 具体实施方式一:本实施方式记载的是一种单晶型一维结构富锂锰基正极材料,所述正极材料的化学式为Li[Lia(MnvNixCoyMz)1−a]O2,其中,0
[0024] 具体实施方式二:一种具体实施方式一所述的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的制备方法,采用熔融盐辅助法,所述方法步骤如下:
[0025] 步骤一:按正极材料化学式Li[Lia(MnvNixCoyMz)1−a]O2分别称取相应摩尔比的锂源、锰盐、镍盐、钴盐与M盐,将它们均匀混合,得到混合物A,称取氯化钾与混合物A均匀混合,得到混合物B;
[0026] 步骤二:将混合物B放入马弗炉中,以1 5℃/min升温速率自室温升至300 500℃预~ ~烧3 8 h,再以相同升温速率升温至600 900℃煅烧6 15 h,得到富锂锰基正极材料与氯化~ ~ ~
钾的混合物C;
[0027] 步骤三:将混合物C置于水中,使混合物C中的氯化钾完全溶解于水中得到固液混合物D,将固液混合物D进行过滤,即得到单晶型一维结构富锂锰基正极材料。
[0028] 具体实施方式三:具体实施方式二所述的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的制备方法,步骤一中,所述锂源为氢
氧化锂、
醋酸锂、
硝酸锂、
乙醇锂、
甲酸锂、
碳酸锂、氯化锂中的一种或多种的混合物;所述锰盐为
硫酸锰、甲酸锰、乙酸锰、
草酸锰、氯化锰或硝酸锰中的一种或多种的混合物;所述镍盐为硫酸镍、甲酸镍、乙酸镍、草酸镍、氯化镍或硝酸镍中的一种或多种的混合物;所述钴盐为硫酸钴、甲酸钴、乙酸钴、草酸钴、氯化钴或硝酸钴中的一种或多种的混合物;所述M盐为
铁盐、钼盐或铬盐中的一种。
[0029] 具体实施方式四:具体实施方式二所述的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的制备方法,所述铁盐为硫酸铁、乙酸铁、草酸铁、氯化铁或硝酸铁中的一种或多种的混合物;所述钼盐为硫酸钼、乙酸钼、草酸钼、氯化钼、硝酸钼、钼酸铵中的一种或多种的混合物;所述铬盐为硫酸铬、乙酸铬、草酸铬、氯化铬或硝酸铬中的一种或多种的混合物。
[0030] 具体实施方式五:具体实施方式二所述的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的制备方法,步骤一中,所述的锂源、锰盐、镍盐、钴盐与M盐混合时采取的混合方式为液相混合或固相混合,液相混合时总固体盐与溶液的
质量比为1:1。
[0031] 具体实施方式六:具体实施方式二所述的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的制备方法,步骤一中,所述的氯化钾与锂源的摩尔比为5 20:1。~
[0032] 具体实施方式七:具体实施方式二所述的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的制备方法,步骤二中,马弗炉中的煅烧气氛为空气。
[0033] 具体实施方式八:具体实施方式二所述的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的制备方法,步骤三中,所述的富锂锰基正极材料具有一维纳微形貌与单晶晶体结构,一维单晶颗粒的直径为100 500nm,长度为2 20μm。~ ~
[0034] 实施例1:
[0035] 按摩尔比Li:Mn:Ni:Co=1.2:0.54:0.13:0.13称取硝酸锂、硝酸锰、硝酸镍、硝酸钴,并在去离子水与无水乙醇的混合溶液中均匀混合,无水乙醇在
混合液体中的质量比为50 wt.%,总固体盐与无水乙醇溶液的质量比1:1;称取一定量的氯化钾加入上述混合溶液均匀混合,控制硝酸锂与氯化钾的摩尔比为1:10;将混合物放入马弗炉空气气氛中,以5℃/min升温速率从室温升至500℃预烧5 h,再以相同升温速率升温至800℃煅烧10 h,得到富锂锰基正极材料与氯化钾的混合物;将上述
烧结得到的混合物中氯化钾完全溶解于水中,过滤得到单晶型一维结构富锂锰基正极材料,化学式为Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2。
[0036] 如图1中的扫描电镜图片所示,本实施例制备的单晶型富锂锰基正极材料具有一维结构,颗粒的直径为200 500nm,长度约为10μm。如图2中的EDX能谱曲线所示,本实施例制~备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的锰、镍、钴元素与投料元素比例相吻合。如图3中的透射电镜图片所示,本实施例制备的富锂锰基正极材料兼具一维结构形貌与单晶晶体结构。如图4中所示,本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的XRD曲线出现超晶格特征峰,说明合成材料为富锂锰基材料。如图5所示,将得到的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池,在2 4.8V区间内进行电化学性能测试,以0.1 C进行活化充~
放电,放电比容量可达252 mAh/g;如图6倍率性能曲线所示,本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池在0.5、1、2、3、5、10C下放电比容量分别约为231、
202、176、155、141、118 mAh/g;如图7所示,在2C下进行200次循环后放电比容量可达158 mAh/g,容量保持率为89.8%,循环过程中,充放电库伦效率均约为100%。
[0037] 实施例2:
[0038] 按摩尔比Li:Mn:Ni:Co:Fe=1.15:0.55:0.15:0.1:0.05称取氯化锂、乙酸锰、草酸镍、硫酸钴、硝酸铁,并在无水乙醇溶液中均匀混合,总固体盐与无水乙醇溶液的质量比1:1;称取一定量的氯化钾加入上述混合溶液均匀混合,控制氯化锂与氯化钾的摩尔比为1:
15;将混合物放入马弗炉空气气氛中,以2℃/min升温速率从室温升至400℃预烧5 h,再以相同升温速率升温至700℃煅烧12 h,得到富锂锰基正极材料与氯化钾的混合物;将上述烧结得到的混合物中氯化钾完全溶解于水中,过滤得到单晶型一维结构富锂锰基正极材料,化学式为Li1.15Mn0.55Ni0.15Co0.1Fe0.05O2。
[0039] 本实施例制备的单晶型富锂锰基正极材料具有一维结构,颗粒的直径约为300nm,长度约为5μm。本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的锰、镍、钴、铁元素与投料元素比例相吻合。本实施例制备的富锂锰基正极材料兼具一维结构形貌与单晶晶体结构。本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的XRD曲线出现超晶格特征峰,说明合成材料为富锂锰基材料。将得到的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池,在2 4.8V区间内进行电化学性能测试,以0.1 C进行活化充放电,放电比容量可达261 ~mAh/g;本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池在0.5、1、
2、3、5、10C下放电比容量分别约为243、205、185、159、147、108 mAh/g;在2C下进行200次循环后放电比容量可达161 mAh/g,容量保持率为87.5%,循环过程中,充放电库伦效率均约为
100%。
[0040] 实施例3:
[0041] 按摩尔比Li:Mn:Ni:Co:Mo=1.25:0.5:0.12:0.1:0.03称取氢氧化锂、草酸锰、硝酸镍、乙酸钴、钼酸铵,以干混方式均匀混合;称取一定量的氯化钾加入上述混合物均匀混合,控制氢氧化锂与氯化钾的摩尔比为1:20;将混合物放入马弗炉空气气氛中,以3℃/min升温速率从室温升至300℃预烧6 h,再以相同升温速率升温至750℃煅烧12 h,得到富锂锰基正极材料与氯化钾的混合物;将上述烧结得到的混合物中氯化钾完全溶解于水中,过滤得到单晶型一维结构富锂锰基正极材料,化学式为Li1.25Mn0.5Ni0.12Co0.1Mo0.03O2。
[0042] 本实施例制备的单晶型富锂锰基正极材料具有一维结构,颗粒的直径约为500nm,长度约为15μm。本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的锰、镍、钴、钼元素与投料元素比例相吻合。本实施例制备的富锂锰基正极材料兼具一维结构形貌与单晶晶体结构。本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的XRD曲线出现超晶格特征峰,说明合成材料为富锂锰基材料。将得到的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池,在2 4.8V区间内进行电化学性能测试,以0.1 C进行活化充放电,放电比容量可达258 ~mAh/g;本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池在0.5、1、
2、3、5、10C下放电比容量分别约为241、203、181、152、143、101 mAh/g;在2C下进行200次循环后放电比容量可达165 mAh/g,容量保持率为91.2%,循环过程中,充放电库伦效率均约为
100%。
[0043] 实施例4:
[0044] 按摩尔比Li:Mn:Ni:Co:Cr=1.2:0.55:0.1:0.1:0.05称取硝酸锂、乙酸锰、草酸镍、乙酸钴、硝酸铬,并在水中均匀混合,总固体盐与水溶液的质量比1:1;称取一定量的氯化钾加入上述混合溶液均匀混合,控制硝酸锂与氯化钾的摩尔比为1:10;将混合物放入马弗炉空气气氛中,以5℃/min升温速率从室温升至500℃预烧5 h,再以相同升温速率升温至800℃煅烧6 h,得到富锂锰基正极材料与氯化钾的混合物;将上述烧结得到的混合物中氯化钾完全溶解于水中,过滤得到单晶型一维结构富锂锰基正极材料,化学式为Li1.2Mn0.55Ni0.1Co0.1Cr0.05O2。
[0045] 本实施例制备的单晶型富锂锰基正极材料具有一维结构,颗粒的直径为200~300nm,长度约为8μm。本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的锰、镍、钴、铬元素与投料元素比例相吻合。本实施例制备的富锂锰基正极材料兼具一维结构形貌与单晶晶体结构。本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的XRD曲线出现超晶格特征峰,说明合成材料为富锂锰基材料。将得到的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池,在2 4.8V区间内进行电化学性能测试,以0.1 C进行活化充放电,放电比容量可达~
263 mAh/g;本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池在
0.5、1、2、3、5、10C下放电比容量分别约为235、202、178、143、127、103 mAh/g;在2C下进行
200次循环后放电比容量可达157 mAh/g,容量保持率为88.2%,循环过程中,充放电库伦效率均约为100%。
[0046] 实施例5:
[0047] 按摩尔比Li:Mn:Ni:Cr=1.15:0.6:0.2:0.05称取硝酸锂、乙酸锰、草酸镍、硝酸铁,并在无水乙醇溶液中均匀混合,总固体盐与无水乙醇溶液的质量比1:1;称取一定量的氯化钾加入上述混合溶液均匀混合,控制硝酸锂与氯化钾的摩尔比为1:15;将混合物放入马弗炉空气气氛中,以3℃/min升温速率从室温升至400℃预烧5 h,再以相同升温速率升温至900℃煅烧10 h,得到富锂锰基正极材料与氯化钾的混合物;将上述烧结得到的混合物中氯化钾完全溶解于水中,过滤得到单晶型一维结构富锂锰基正极材料,化学式为
Li1.15Mn0.6Ni0.2Fe0.05O2。
[0048] 本实施例制备的单晶型富锂锰基正极材料具有一维结构,颗粒的直径为200~400nm,长度约为15μm。本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的锰、镍、铁元素与投料元素比例相吻合。本实施例制备的富锂锰基正极材料兼具一维结构形貌与单晶晶体结构。本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料的XRD曲线出现超晶格特征峰,说明合成材料为富锂锰基正极材料。将得到的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池,在2 4.8V区间内进行电化学性能测试,以0.1 C进行活化充放电,放电比容量可~
达260 mAh/g;本实施例制备的单晶型一维结构富锂锰基正极材料装配模拟锂离子电池在
0.5、1、2、3、5、10C下放电比容量分别约为238、204、173、152、121、105 mAh/g;在2C下进行
200次循环后放电比容量可达154 mAh/g,容量保持率为89.0%,循环过程中,充放电库伦效率均约为100%。