本发明属于电池技术领域，具体为一种锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2及其制备方法。
背景技术
随着全球能源和资源的日益短缺，开发新能源材料成为当今世界的一大热点，锂离子电池以其高电压、高比能量、优异的循环性能、较小的自放电等优点吸引了越来越多的关注。在锂离子电池中，正极材料的性能和成本对锂离子电池的整体性能和价格又起着决定性作用，因此开发一种高性能和低生产成本的锂离子电池正极材料成为当务之急。
目前常用的锂离子电池正极材料主要有层状结构的lmo2（m=co、ni、mn等）、新型层状lini1-x-ycoxmnyo2、新型富锂层状li1+xni1-y-zmnycozo2、尖晶石结构的锰酸锂（limn2o4）、橄榄石结构的limpo4（m=fe、mn、co等）以及其他类型的正极材料（钒氧化合物、氟化铁）等等。新型层状lini1-x-ycoxmnyo2材料，尤其是lini0.8co0.1mn0.1o2具有容量高，循环性能优良，价格便宜等优点。在锂离子电池正极材料中，用含有镍、钴、锰三种金属元素的三元材料作为锂离子电池的正极材料可以使锂离子电池具有良好的电化学性能，尤其是随着镍元素含量增加，锂离子电池的电化学性能增加越显著，因此，开发lini0.8co0.1mn0.1o2的制备方法尤为重要。
在现有技术中，最常采用高温固相法和共沉淀法制备lini0.8co0.1mn0.1o2材料，如张等人采用高温固相法合成了lini0.8co0.1mn0.1o2材料，但是这种方法原料混合不均匀，因此合成出的材料粒度大小分布不均匀，不能保证稳定的电化学性能[化工新型材料,2017(12):126-129]。帅等人通过共沉淀法制备出lini0.8co0.1mn0.1o2材料，但是这种方法步骤繁琐，要严格控制合成气氛，选择合适的共沉淀剂以及调节合适的ph值，同时还需要多次过滤以及考虑陈化时间等[电源技术,2011,35(1):32-35]。因此，开发一种合成材料粒度大小分布均匀，电化学性能优异并且工艺简便的正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2的方法成为当前研究的热点。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2及其制备方法。针对现有lini0.8co0.1mn0.1o2材料的合成路线复杂、合成条件苛刻、合成的lini0.8co0.1mn0.1o2材料粒度大小分布不均匀等缺点，利用金属离子与草酸分子螯合形成溶胶凝胶，实现金属离子均匀混合的原理，目的是使合成的材料粒度大小分布均匀，优化合成路线，减少生产成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2的制备方法，该方法利用草酸与金属离子螯合形成溶胶凝胶，实现金属离子均匀混合，从而合成粒度大小分布均匀在300~700nm之间的锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2。
锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2的制备方法包括以下步骤：
步骤1）前驱体的制备，配制一定浓度比的乙酸锂、乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰、草酸的混合溶液，同时滴加氨水溶液调节ph；反应过程中，精确控制ph及搅拌速度，反应形成溶胶凝胶，之后在一定条件下将前述溶胶凝胶干燥后获得前驱体固体；所述混合溶液乙酸锂、乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰、草酸的物质的量浓度比为1.03~1.08:0.8:0.1:0.1:1.5，混合溶液的溶剂为水，反应过程中，ph控制在7.5~8.5，搅拌速度控制在600~1200rpm/min，反应时间控制在2~6h，干燥条件为85~120℃下保持12~24h；
步骤2）锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2的制备，按步骤1）所述前驱体固体研磨成粉末后，在富氧气氛下，以一定条件进行煅烧，自然冷却后制得锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2；所述富氧气氛的氧含量为21%~100%，煅烧的条件为，煅烧升温速率为1~10℃/min，煅烧温度和时间为先400~500℃预烧4~6h，再750~850℃煅烧9~18h。
本发明所具备的有益技术效果通过以下实验进行证实。
电化学性能测试：对实施例制得的lini0.8co0.1mn0.1o2正极材料电化学性能进行测试，具体过程如下：电化学性能的测试采用cr2025电池，采用nmp作为溶剂，将实施例制得的lini0.8co0.1mn0.1o2材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯以质量比8:1:1研磨混合，之后将均匀浆料涂抹在铝箔上，并将其置于120℃下真空干燥12小时，电极片的负载量控制在3~8mgcm-2；电解液为将一定量的lmol/llipf6溶解在体积比为1:1的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶液中；采用celgard2400型聚丙烯膜作为电池的隔膜，纯锂作为对电极；有关电池的组装在充满氩气气氛的手套箱(h2o，o2：<1ppm)中进行；电池的恒电流充放电测试在newarebts3000电池测试系统上进行充放电测试，测试环境维持恒温25℃，测试的电压范围为2.8~4.3v。
lini0.8co0.1mn0.1o2材料的xrd测试结果表明，xrd衍射峰都很尖锐，说明材料的结晶性很好。所有的衍射峰与层状α-nafeo2结构（r-3m空间群）的衍射峰一致，说明所制得的材料具有层状α-nafeo2结构，而且没有明显的杂质相存在。其中有明显分裂的(006)/(102)和(108)/(110)衍射峰，说明这种材料具有良好的层状结构。i(003)/i(104)比值大于1.2，说明其ni2+和li+离子混排程度较低。
lini0.8co0.1mn0.1o2材料的sem测试结果表明，lini0.8co0.1mn0.1o2材料颗粒大小分布均匀，粒径分布在300~700纳米之间。
lini0.8co0.1mn0.1o2材料在0.1c电流密度下循环测试结果表明，lini0.8co0.1mn0.1o2材料首次放电比容量195~205mahg-1，50圈循环后容量仍保持在158~170mahg-1。
上述一种锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2的制备方法，相比于现有的合成技术，本发明技术方案具有的明显优点为：
1、通过溶胶凝胶法合成lini0.8co0.1mn0.1o2材料，与传统的高温固相法相比，保证了原料混合均匀，合成出的材料粒度大小分布均匀，电化学性能优异。
2、本发明技术方案与传统的共沉淀法相比，具有合成路线简单、产物稳定一致的优点，是一种适合工业化大规模生产的方法。
本方法制备的lini0.8co0.1mn0.1o2正极材料，避开传统合成手段存在设备复杂昂贵、合成步骤多级繁琐、合成条件苛刻、合成的lini0.8co0.1mn0.1o2材料粒度大小分布不均匀等缺点。该合成手段利用草酸与金属离子螯合形成溶胶-凝胶，实现金属离子均匀混合，从而合成粒度大小分布均匀的锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2，制备工艺简单，节省了制备成本，且电化学性能显著提升，在循环稳定性，比容量等方面均有显著提升，该方法有着广泛的应用前景，有望成推广使用。
附图说明
图1为实施例中制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料的xrd图；
图2为实施例中制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料在0.1c电流密度下的首次充放电性能图，1c=200mag-1；
图3为实施例中制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料在0.1c电流密度下的循环性能图，1c=200mag-1。
图4为实施例中制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料的sem图。
具体实施方式
本发明通过实施例，结合说明书附图对本发明内容作进一步详细说明，但不是对本发明的限定。
实施例
一种锂离子电池正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2的制备方法如下：
步骤1）前驱体的制备，准确称取1.3865g的乙酸锂、4.0220g的四水合乙酸镍、0.5083g的四水合乙酸钴、0.4951g的四水合乙酸锰、2.7364g草酸溶入60ml去离子水混合成溶液，与此同时，滴加氨水溶液调节ph为8，以搅拌速度为1000rpm/min进行反应，反应3h后形成溶胶凝胶，然后在85℃条件下，油浴6h加热蒸发溶剂，最后100℃真空干燥12h，得到前驱体；
步骤2）正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2的制备，按步骤1）所述前驱体固体研磨后，得到前躯体固体粉末，在氧含量为21%的气氛下，升温速率为5℃/min升温至450℃煅烧，保持5h后，再升温至800℃保持12h，自然冷却后制得lini0.8co0.1mn0.1o2正极材料。
电化学性能测试：对实施例制得的正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2电化学性能进行测试，具体过程如下：电化学性能的测试采用cr2025电池，采用nmp作为溶剂，将实施例制得的正极材料lini0.8co0.1mn0.1o2与乙炔黑和聚偏氟乙烯以质量比8:1:1研磨混合，之后将均匀浆料涂抹在铝箔上，并将其置于120℃下真空干燥过夜，电极片的负载量控制在3~8mgcm-2；电解液为将一定量的lmol/llipf6溶解在体积比为1:1的碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶液中；采用celgard2400型聚丙烯膜作为电池的隔膜，纯锂作为对电极；有关电池的组装在充满氩气气氛的手套箱(h2o，o2：<1ppm)中进行；电池的恒电流充放电测试在newarebts3000电池测试系统上进行充放电测试，测试环境维持恒温25℃，测试的电压范围为2.8~4.3v，结果如图1至3所示。
如图所示，图1为实施例中制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料的xrd测试结果，可以看出xrd衍射峰都很尖锐，说明材料的结晶性很好。所有的衍射峰与层状α-nafeo2结构（r-3m空间群）的衍射峰一致，说明所制得的材料具有层状α-nafeo2结构，而且没有明显的杂质相存在。其中有明显分裂的(006)/(102)和(108)/(110)衍射峰，说明这种材料具有良好的层状结构。i(003)/i(104)比值为1.66，说明其ni2+和li+离子混排程度较低。
图2为实施例中制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料在0.1c电流密度下的首次充放电性能图，1c=200mag-1，首次放电比容量为200.5mag-1
图3为实施例中制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料在0.1c电流密度下的循环性能图，1c=200mag-1，50圈循环后，放电比容量为159.6mag-1，容量保持率为79.6%。
图4为实施例中制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料的sem图，从中可以看出，制备的lini0.8co0.1mn0.1o2材料粒度大小分布均匀在300~700nm之间。