[发明专利]一种高倍率性能的锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高倍率性能的锂离子电池LiMn_1.425Ni_0.525Nb_0.05O₄正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点而成为未来电动汽车和混合电动汽车的首选电源。因此，锂离子电池及其相关材料已成为世界各国科研人员的研究热点之一。其中正极材料由于其价格偏高、比容量偏低而成为制约锂离子电池被大规模推广应用的瓶颈。此外，和负极材料相比，正极材料能量密度和功率密度低，并且也是引发动力锂离子电池安全隐患的主要原因。虽然锂离子电池的保护电路已经比较成熟，但对于电池而言，要真正保证安全，正极材料的选择十分关键。作为动力电池正极材料，其安全性尤为重要，正极材料的发展主要集中体现在寻求高能量密度、高功率密度、环境友好和价格便宜的电极材料。近年来，随着耐高电压电解液的研制成功，采用过渡金属离子对锰离子进行掺杂，生成尖晶石相LiM_0.5Mn_1.5O₄ (M=Cr、Ni、Fe)，可以提高电池的充放电电压，可达到5 V左右，充分抑制了Jahn-Teller效应的发生，有效的提高了电极的循环寿命，从而引起了人们的广泛关注。在大量的研究过程中发现，只有材料 LiNi_0.5Mn_1.5O₄表现出一个可接受的稳定性能。尽管LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有较高的氧化电压，但DSC研究表明它仍然具有比层状镍钴酸锂更高的安全性，仍然可以作为动力电池正极材料。化学计量比的LiNi_0.5Mn_1.5O₄却很难合成。众所周知，锰酸锂的合成温度一般在700℃以上，但当合成温度超过650℃时，LiNi_0.5Mn_1.5O₄开始失氧，导致Mn³⁺生成，形成非化学计量比的尖晶石，并伴有NiO等杂质生成，这不但降低了LiNi_0.5Mn_1.5O₄的5V电压平台放电容量，也降低其循环性能(Q. Zhong, et al. J. Electrochem. Soc. 1997, 144: 205－213)。目前，提高LiNi_0.5Mn_1.5O₄性能的途径主要有三个方面：制备纳米粒径材料、制备多孔结构材料及提高其结构稳定性。前两种方法具有过程复杂多变、能耗过大、成本较高等缺点，不利于实现大规模工业化生产。因此，通过掺杂提高LiNi_0.5Mn_1.5O₄稳定性具有非常广泛的应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术存在的技术问题，提供一种高倍率性能的锂离子电池LiMn_1.425Ni_0.525Nb_0.05O₄正极材料的制备方法。本发明方法具体步骤如下：

（1）将一定化学计量比的锂源、锰源、镍源和铌源混合，在球磨机中研磨5-10个小时，使之混合均匀得到混合物，所述锂源、锰源、镍源和铌源的金属原子摩尔比为：(0.95-1.1):1.425:0.525:0.05；

（2）将步骤（1）得到的混合物放入马弗炉中，按照5-10℃/min升温速率升温至850-950℃，在850-950℃下反应15-24小时，随后自然冷却到室温，即制得高倍率性能的锂离子电池LiMn_1.425Ni_0.525Nb_0.05O₄正极材料。

所述铌源为五氧化二铌或者氢氧化铌Nb(OH)₅。

所述锂源为碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的一种。

所述镍源为NiO、醋酸镍、硝酸镍中的一种。

所述锰源为MnO₂、醋酸锰、硝酸锰中的一种。

本发明的特点是：