[发明专利]一种锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备方法 

背景技术

随着工业的发展和化石能源的枯竭，环境污染和能源匮乏的压力越来越大，寻找新的能源和发展新的节能工具势在必行，发展新能源材料是21世纪必须解决的重大课题。作为一种新型的绿色蓄电池，锂离子电池目前主要应用在便携式电子产品，也广泛作为车载电源，为电动汽车(EV)提供动力，以减少传统燃油汽车对环境造成的污染。由于锂离子电池比能量高，而又重量轻，还能在空间技术中作为人造卫星的电源，从而降低卫星的发射成本。锂离子电池在军事领域也有广泛的应用，而随着材料性能的进一步提高，未来有可能在电网调峰、太阳能和风能蓄电等领域也发挥重要的作用。 

正极材料是锂离子蓄电池研究中最为关键也是成本最高的部分，锂离子二次电池正极材料的研究经历了层状结构的LiCoO₂、LiNiO₂、尖晶石结构的LiMn₂O₄等几个层次的发展，研究已经相对成熟，它们各有优缺点。LiCoO₂和LiNiO₂的理论容量比较大(均为274mAh·g^-1)，但是由于锂脱嵌过程造成的相变的限制，实际容量仅有150mAh·g^-1左右，LiCoO₂中的Co有毒，并且价格昂贵，限制了其应用；而LiNiO₂纯相的制备非常困难，存在阳离子无序化的问题，并且热稳定性非常差；尖晶石的LiMn₂O₄虽然具有价格上的优势，但是Mn的溶解所造成的其高温容量迅速衰退是其主要的问题。橄榄石型结构的LiFePO₄以其价格便宜、充放电过程体积变化小、循环性能好、充放电电位适中等一系列的优点引起广大研究者的兴趣，具有非常好的产业化应用前景，但由于其真实密度小、电子导电率低，限制了其在大型电池中的广泛应用。因此寻找性价比更 好的新型材料成为了研究的重点。尖晶石型的LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料具有4.7V的电压平台，理论容量为146.7mAh·g^-1，是高压正极材料中非常具有研究和应用前景的材料。 

目前，LiNi_0.5Mn_1.5O₄的合成方法有固相法、熔盐法、溶胶凝胶法、沉淀法、复合碳酸盐法等。其中溶胶凝胶法制备的前驱体具有溶液均匀性好，颗粒粒度小，结晶性能好，初始容量高，循环性能好等优点，但是在制备的过程中，溶胶状态较不稳定，如果工艺参数控制不当，很容易生成沉淀，影响LiNi_0.5Mn_1.5O₄的电化学性能。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的之一在于，提供了一种锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备方法；该方法克服制备过程中溶胶状态不稳定，易出现沉淀的缺点，使制备得到的LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料，其电化学性能良好，具有较高的首次放电比容量和较好的循环稳定性。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备方法，包括如下制备步骤： 

A、配制溶液：先分别称取二水乙酸锂(LiCH₃COO·2H₂O)、四水乙酸镍(Ni(CH₃COO)₂·4H₂O)、四水乙酸锰(Mn(CH₃COO)₂·4H₂O)，加入去离子水中并不断搅拌使其混合均匀，配制成混合溶液I；再按Li、Ni、Mn元素的物质的量之和称取柠檬酸，加入去离子水中在搅拌下配制成螯合剂；最后将螯合剂缓慢滴入不断搅拌中的混合溶液I中，利用氨水调节溶液pH值为6～8，配置得到混合溶液II；所述二水乙酸锂、四水乙酸镍、四水乙酸锰的称取量为按照Li、Ni、Mn的物质的量之比为1.05∶0.5∶1.5。