一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料及制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池，尤其是涉及一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料及制备方法。

背景技术：

1、锂离子动力电池是目前国内外公认的最有潜力的车载电池，主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质等部分组成。其中，正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素。因此，从资源、环保及安全性能方面考虑，寻找锂离子电池的理想电极活性材料仍是国际能源材料工作者所要解决的首要难题。

2、在锂离子电池正极材料中，尖晶石型正极材料lini0.5mn1.5o4具有4.7v的高放电平台和146.7mah/g的高理论比容量，并且具有成本廉价和环境友好的优点。相比于锰酸锂，镍锰酸锂使锰的价态提高到正四价，减小了锰的溶解和姜泰勒效应，从而有效减少了循环中的容量衰减，并且镍锰酸锂可兼容电压较高的负极材料来提高电池安全性，因此其作为动力电池正极材料具有广泛的应用前景。但利用固相法、共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法等传统方法制备出来的镍锰酸锂，其在寿命、放电性能方面仍存在问题。因此需要探索改善方案，以提高材料的电化学性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料及制备方法，将锂源、镍源和锰源溶解在含高分子的溶液中，通过静电纺丝和一次烧结制得，并通过特殊的湿法包覆工艺对镍锰酸锂纤维表面进行铝包覆，改善镍锰酸锂的循环性能和倍率性能。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

3、一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1、按li：ni：mn元素一定的计量比称取锂源、镍源、锰源，将称量好的锂源、镍源和锰源置于n，n-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶剂中混合均匀；

5、s2、将称量好的聚乙烯吡咯烷酮置于步骤s1所得溶液中，搅拌均匀，得到纺丝溶液；

6、s3、将纺丝溶液加入到静电纺丝装置的注射器中，在高压静电场下进行静电纺丝，获得纳米纤维；

7、s4、将步骤s3中得到的纳米纤维在合适温度下进行一次烧结，得到镍锰酸锂纳米纤维；

8、s5、通过湿法包覆工艺在步骤s4所得的高温烧结物料表面包覆氢氧化铝，得包覆物料；

9、s6、将步骤s5所得的包覆物料进行洗涤、压滤、烘干、烧结后自然冷却得到铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料。

10、采用上述技术方案，首先将锂源、镍源、锰源溶于有机溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮配置成粘稠溶液，在利用静电纺丝技术形成纤维状形貌，随后烧结成尖晶石型镍锰酸锂纤维，最后通过湿法包覆技术在尖晶石型镍锰酸锂纤维表面包覆一层铝，并烧结得到铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料。

11、作为优选，所述步骤s1中的锂源为碳酸锂；镍源为乙酸镍、硫酸镍、氯化镍、硫酸镍中的一种或几种；锰源为乙酸锰、硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种。

12、作为优选，所述步骤s1中，li、ni、mn元素的摩尔比为1.025-1.075:0.5:1.5。

13、作为优选，所述步骤s1的混合溶剂中，n，n-二甲基甲酰胺和乙醇的体积比为4:1。

14、作为优选，所述步骤s2中，纺丝溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0.1g/ml。

15、作为优选，所述步骤s3中，纺丝参数如下：纺丝电压14kv,纺丝针头与接受器距离16cm。

16、作为优选，所述步骤s4中，烧结工艺为在氧气氛围下以5℃/min的速率升温到800℃-900℃，然后保持10h，最终制得镍锰酸锂纤维。

17、作为优选，所述步骤s5中，湿法包覆是以步骤s4中高温烧结物料为基料，以纯水为底液，将硫酸铝溶液、氢氧化钠溶液、氨水并流加入，控制ph＝11.0，在40℃产生氢氧化铝沉淀在基料表面，得包覆物料，基料中金属mn+ni与硫酸铝溶液中金属al的质量比为1000:0.5到10000：1.5之间。

18、作为优选，所述步骤s6中，烧结条件为空气氛围400℃，恒温4h。

19、一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料，包括上述的制备方法制备而成的铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料。

20、与现有技术相比，本发明的优点在于：

21、1.本发明制得的铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料具有分布均匀的一维形貌，可有效地缩短锂离子扩散路径，从而提高倍率性能；

22、2.本发明制得的铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料具有铝包覆层，能提高材料在循环过程中的稳定性，从而提高循环性能；

23、3.本发明的制备方法简单，成本低，产品性能优异，适用于产业化。

技术特征：

1.一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的锂源为碳酸锂；镍源为乙酸镍、硫酸镍、氯化镍、硫酸镍中的一种或几种；锰源为乙酸锰、硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，li、ni、mn元素的摩尔比为1.025-1.075:0.5:1.5。

4.根据权利要求2所述的一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1的混合溶剂中，n，n-二甲基甲酰胺和乙醇的体积比为4:1。

5.根据权利要求1所述的一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，纺丝溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0.1g/ml。

6.根据权利要求1所述的一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，纺丝参数如下：纺丝电压14kv,纺丝针头与接受器距离16cm。

7.根据权利要求1所述的一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，烧结工艺为在氧气氛围下以5℃/min的速率升温到800℃-900℃，然后保持10h，最终制得镍锰酸锂纤维。

8.根据权利要求1所述的一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，湿法包覆是以步骤s4中高温烧结物料为基料，以纯水为底液，将硫酸铝溶液、氢氧化钠溶液、氨水并流加入，控制ph＝11.0，在40℃产生氢氧化铝沉淀在基料表面，得包覆物料，基料中金属mn+ni与硫酸铝溶液中金属al的质量比为1000:0.5到10000：1.5之间。

9.根据权利要求1所述的一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s6中，烧结条件为空气氛围400℃，恒温4h。

10.一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备而成的铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料。

技术总结
本发明公开了一种铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料及制备方法，首先将锂源、镍源、锰源溶于有机溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮配置成粘稠溶液，在利用静电纺丝技术形成纤维状形貌，随后烧结成尖晶石型镍锰酸锂纤维，最后通过湿法包覆技术在尖晶石型镍锰酸锂纤维表面包覆一层铝，并烧结得铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料。本发明制备得到的铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料具有分布均匀的一维形貌，可有效地缩短锂离子扩散路径，从而提高倍率性能；而且铝包覆尖晶石型镍锰酸锂纤维正极材料具有铝包覆层，能提高材料在循环过程中的稳定性，从而提高循环性能。

技术研发人员：余冬冬,林久,张永龙,丁超,杨亮亮,顾宁峰,戈志敏
受保护的技术使用者：浙江锋锂新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17