[发明专利]锰基层状晶体结构锂电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制造技术，具体是一种锰基层状晶体结构锂电池正极材料及其制备方法。 

背景技术

目前市场上常用的锂电池正极材料主要有三种：钴酸锂（LiCoO₂）, 锰酸锂（LiMn₂O₄）和磷酸铁锂（LiFePO₄）。 

钴酸锂（LiCoO₂）具有层状晶体机构，储电容量约140mAh/g，循环性能比较优越，但是在由于原材料钴的昂贵价格，其应用局限于小容量电池，例如小型电子产品的充电电池。 

锰酸锂（LiMn₂O₄），具有尖晶石晶体结构，原材料成本比较低，但是其容量只有100mAh/g，比钴酸锂低40%左右。 而且其循环性能大于50 ⁰C的较高温度下（电力汽车运行温度）会大大减弱，所以也不是未来电力汽车的首选材料。 

磷酸铁锂（LiFePO₄），具有橄榄石晶体结构，容量约为150mAh/g。其原材料成本比较低，但是因其制备工艺极其复杂，最终成品电极材料价格还是比较高。磷酸铁锂因为其导电率非常差，需要制成纳米级别的粉末颗粒才会表现出比较好的电池循环性能，这就给制备工艺上造成很大的困难，国内有一些厂家在试图生产，但因其批次质量不稳定，一直不能大规模投产。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种原材料成本低、制备工艺简单、容量高的锰基层状晶体结构锂电池正极材料及其制备方法。 

本发明的锰基层状晶体结构锂电池正极材料的化学式为：Li[Li_0.20Ni_0.133Co_0.133Mn_0.534] O_2-aF_a，其中0.002≤a≤0.02。 

本发明上述材料的制备方法是： 

步骤一，球状(Ni_xCo_yMn_z)(OH)₂（x:y:z=0.133:0.133:0.534）前驱体的制备，包括以下步骤：

1)将NiSO4, CoSO4,  MnSO4按摩尔比例配成水溶液，正离子摩尔浓度比Ni:Co:Mn =0.133:0.133:0.534，最终所有正离子的浓度总和为2.0摩尔/升；

2)将配置的上述金属离子溶液加入氮气氛围的搅拌反应器中，搅拌器搅拌速度为1000rpm，加热温度控制在60℃；

3)将浓度为2.0摩尔/升的NaOH溶液非常缓慢的滴入搅拌器中，以产生(Ni_0.166Co_0.166Mn_0.688)(OH)₂颗粒的沉淀；在滴入NaOH水溶液的同时，缓慢滴入浓度为4.0摩尔/升的氨水；滴入NaOH溶液和氨水的速度，应该用pH计和氨离子浓度计来控制，在整个反应过程中，搅拌器中反应溶液的pH值控制在11.0，NH³⁺的浓度控制在0.36摩尔/升；

4)反应结束后，将沉淀下来的 (Ni_0.166Co_0.166Mn_0.668)(OH)₂颗粒产物过滤出来并在110℃干燥，得到颗粒状(Ni_0.166Co_0.166Mn_0.668)(OH)₂前驱体；

步骤二，高温固相法制备层状晶体结构 Li[Li_0.20Ni_0.133Co_0.133Mn_0.534]O_2-aF_a，包括以下步骤：

1). 将步骤一所得到的颗粒状(Ni_0.166Co_0.166Mn_0.668)(OH)₂前驱体跟LiOH·H₂O粉末均匀混合起来，混合摩尔比例为 Li ⁺：金属离子总和=1.3 ： 0.8；