一种空心微球花状结构三元正极材料及制备和应用的制作方法

本发明涉及一种锂电正极材料的制备方法，特别是涉及一种空心微球花状结构三元正极材料及制备和应用。

背景技术：

随着更小、更轻和更高性能的电子和通讯设备的迅速发展，人们对为这些设备提供电源的电池性能尤其对比能量提出了越来越高的要求。但是，目前已商品化的锂离子电池和 MH/Ni电池的比容量已经很难继续提高。因此，迫切需要开发比能量更高的电池。锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。

由于三元材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂（0<x<1, 0<y<1）具有优于磷酸亚铁锂和钴酸锂的特性，并且根据调节镍、钴、锰的比例，可以制备出不同性能的三元电极材料。随着新能源汽车的兴起和发展，三元材料是研究的热点。

本发明利用溶剂热反应、纳米片组装制备空心微球花状结构的三元材料。空心微球花状结构的三元材料具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供一种空心微球花状结构三元正极材料及制备和应用。

一种空心微球花状结构三元正极材料的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

（1）将0.2~0.4 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于60~120 mL有机溶剂中，并向其中加入1~2 mL去离子水，形成透明溶液，将该溶液磁力搅拌2~4 h，至溶液混合均匀；

（2）然后将锂盐、镍盐、钴盐和锰盐按照化学计量比加入上述溶液中，将该溶液磁力搅拌30~60 min，将其转入反应釜中，160~180℃反应12~15 h，自然冷却；

（3）将上述沉淀物离心、乙醇洗涤3~5次，在60~80 ℃烘干20~24 h，然后将烘干后的沉淀物以1~2℃/min的升温速率在600~800℃煅烧5~10 h，得到目标产物。

所述的有机溶剂为乙二醇或是丙三醇中的一种或其组合。

所述的锂盐为硝酸锂、醋酸锂、柠檬酸锂、甲酸锂或乳酸锂中的一种或其组合。

所述的镍盐为硝酸镍、醋酸镍或草酸镍中的一种或其组合。

所述的钴盐为硝酸钴、醋酸钴或草酸钴中的一种或其组合。

一种空心微球花状结构三元正极材料，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。

一种空心微球花状结构三元正极材料作为锂电正极材料的应用。

本发明提供一种空心微球花状结构三元正极材料（LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂（0<x<1, 0<y<1））的制备方法，本发明利用溶剂热反应、纳米片组装制备空心微球花状结构的三元材料。空心微球花状结构的三元材料具有较大的比表面积，能够与电解液充分接触，进而可以提高材料的电化学性能。2 C倍率条件下，首次放电比容量为168 mAh/g，经过50次循环放电比容量为153 mAh/g，容量保持率为91.07%。

附图说明

图1为实施例1空心微球花状结构LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的XRD图。

图2为实施例2空心微球花状结构LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂材料的循环寿命图。

具体实施方式

本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。

实施例一：

将0.2 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于60 mL乙二醇中，并向其中加入1 mL去离子水，形成透明溶液，将该溶液磁力搅拌2 h，至溶液混合均匀；然后将1 mmol醋酸锂、0.3333 mmol醋酸镍、0.3333 mmol醋酸钴和0.3333 mmol醋酸锰加入上述溶液中，将该溶液磁力搅拌60 min，将其转入反应釜中，160 ℃反应15 h，自然冷却；将上述沉淀物离心、乙醇洗涤3次，在60℃烘干24 h。然后将烘干后的沉淀物以1 ℃/min的升温速率在600 ℃煅烧10 h，得到目标产物空心微球花状结构的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂。图1是空心微球花状结构LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的XRD图，经与文献对比，该材料是纯相，且R_(003)/(104)=1.7,大于1.2，说明没有Li⁺与Ni²⁺的离子混杂现象，（006）/(102)与（108）/（110）分裂峰说明材料是层状结构。

实施例二：

将0.2 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于60 mL丙三醇中，并向其中加入1 mL去离子水，形成透明溶液，将该溶液磁力搅拌2 h，至溶液混合均匀；然后将1 mmol硝酸锂、0.5 mmol硝酸镍、0.3 mmol硝酸钴和0.2 mmol硝酸锰加入上述溶液中，将该溶液磁力搅拌30 min，将其转入反应釜中，180 ℃反应12 h，自然冷却；将上述沉淀物离心、乙醇洗涤3次，在80℃烘干20 h。然后将烘干后的沉淀物以1 ℃/min的升温速率在800 ℃煅烧5 h，得到目标产物空心微球结构的LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂。图2是空心微球结构LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂材料的循环寿命图，2 C倍率条件下，首次放电比容量为168mAh/g，经过50次循环放电比容量为153mAh/g，容量保持率为91.07%。

实施例三：

将0.4 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于120 mL丙三醇中，并向其中加入1 mL去离子水，形成透明溶液，将该溶液磁力搅拌4 h，至溶液混合均匀；然后将1 mmol硝酸锂、0.8 mmol硝酸镍、0.1 mmol硝酸钴和0.1 mmol硝酸锰加入上述溶液中，将该溶液磁力搅拌60 min，将其转入反应釜中，180 ℃反应12 h，自然冷却；将上述沉淀物离心、乙醇洗涤3次，在80℃烘干20 h。然后将烘干后的沉淀物以2℃/min的升温速率在750 ℃煅烧8 h，得到目标产物空心微球结构的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂。