[发明专利]一种高电压锂离子正极材料镍锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子正极材料技术领域，涉及一种高电压锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备方法，特别是涉及一种合成5V锂离子正极材料的共沉淀-结晶水热法。  

背景技术

为了缓解石油资源紧缺，环境污染严重等问题，发展电动汽车被认为是解决这些问题最有效方法之一。但长期以来，作为电动汽车的关键技术，动力电池技术的发展极大的限制了电动汽车的产业化。锂离子电池以其高比能量、长寿命、易于设计等优点，被广泛认为是下一代的动力电池。总体而言，动力电池要求具有高安全性，高能量和高功率密度，耐受深循环以及高倍率放电，能量效率高，成本和价格适中等特点。在相同成本情况下，纯电动车(EV, Electric vehicles)倾向于兼顾大能量密度和大功率电池系统，而混合动力车(HEV, Hybrid electricvehicles)更倾向于大功率电池系统。锂电动车发展的最终目标是纯电动车，混合动力车仅是过渡产品，因此，高比能量锂离子电池在EV上具有巨大的优势。

随着电池制备工艺技术的不断完善，目前要达到高比能量动力锂离子电池的要求，正极材料成为人们研究的重要方向。锂离子电池常用的正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、Li-Ni-Co-M-O三元材料，这些材料容量高，但热稳定性较差，作为动力电池材料，存在安全隐患。目前，具有良好热稳定性的正极材料有LiMn₂O₄和LiFePO₄等，其中LiMn₂O₄的动力电池已经大规模应用于北京的纯电动公交车上。高电压的正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄由于能够大幅提高电池的能量密度，引起人们关注。LiNi_0.5Mn_1.5O₄的电压平台在4.7V左右，理论比容量为146.7mAh/g。

目前，合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料方法主要有固相法和液相法两种。固相法虽然操作简单，容易量产化，但是对于合成多元材料，反应物混合不均匀，材料组分偏离化学计量比，容易形成杂相。在合成温度高于650℃时，LiNi_0.5Mn_1.5O₄容易产生氧缺陷，导致出现杂质相。共沉淀法是液相法中容易实现产业化的一种合成方法，它能够实现分子水平的均匀混合。因此，共沉淀-高温固相法逐渐成为合成多元材料的重要方法。这种方法会先获得均相前躯体，再将前躯体烧结，形成LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。但是均相前躯体与锂盐混合后再高温煅烧的过程中也可能由于混合不完全而造成产物相不纯。

因此，亟待开发一种工艺简单、重复性好、成本低廉的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高电压锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备方法，即共沉淀-结晶水热法。该工艺采用共沉淀法得到组分均一的前躯体，并利用反应物所带的结晶水或反应产生的水在反应釜内产生水蒸气高压环境，对前躯体预处理，从而降低反应所需温度，制得性能优越的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，且该工艺操作简单，稳定性好，易于大规模生产。 

 为实现以上目的，本发明提供一种高电压锂离子正极材料镍锰酸锂的制备方法，该方法包含以下具体步骤：

    步骤1，按照化学计量式称量锰盐和镍盐，溶于去离子水，制成含镍锰的混合溶液；

步骤2，将碳酸盐溶于去离子水中制成沉淀剂溶液；

       步骤3，将上述沉淀剂溶液缓慢滴加到含镍锰的混合溶液中，控制pH值8~10，控制温度40~100℃得到含镍锰的沉淀；

    步骤4，将上述沉淀在500℃~800℃下煅烧5~15h得到含镍的锰氧化物；

    步骤5，将含镍的锰氧化物与氢氧化锂按比例充分混合均匀后，放入反应釜中在140℃~200℃温度下反应15~25h，得到反应前躯体；

步骤6，将上述反应前躯体在600℃~900℃煅烧10~20h，得到高电压镍锰酸锂材料。

上述的高电压锂离子正极材料镍锰酸锂的制备方法，其中，所述的锰盐为硫酸锰、硝酸锰和醋酸锰中的任意一种以上。