[发明专利]锂离子电池正极材料层状锰酸锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料，特别是涉及一种锂离子电池正极材料层状锰酸锂及其制备方法，属于锂离子电池材料制备技术领域。

背景技术

具有层状结构的锰酸锂LiMnO₂（正交LiMnO₂和单斜LiMnO₂）用作锂离子电池正极材料具有如下优点：1，比容量高（理论容量285mAh/g，实际容量可达250 mAh/g左右——超过LiCoO₂的1.5倍）；2，安全性好；3，资源丰富、价格低廉、毒性小；其主要缺点是制备困难。

目前层状锰酸锂的制备方法主要有两类：固相法和湿法（水热法、溶胶-凝胶法等），固相法可按所需化学计量比进行配料、适宜工业化规模生产，但制备过程中要不断地通入惰性气体加以保护、气压不易控制；制备温度要在700℃以上、煅烧时间长，能耗高、产物晶粒大（微米级），一致性差，且材料的初始放电比容量较低，容量活化循环次数较多；湿法的优点是：反应温度低，晶粒生长容易控制，材料的初始容量较高，但制备过程需要大量的水进行清洗、且Li要大大过量，浪费严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种制备层状锰酸锂的新方法及其制备的层状锰酸锂。

本发明的目的是这样实现的：锂离子电池正极材料层状锰酸锂的制备方法，其特征在于：其制备方法如下：

第一步、前驱体（Mn_1-xM_x)₂O₃的制备：

（1）：将可溶性硫酸锰、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铝、氯化铬按原子比Mn/M=(1-x)/x的比例，其中Mn为锰，M为Co、Ni、Al和Cr的一种或几种，x的范围是0≤x≤0.15，溶于去离子水中，配成总浓度为1～4mol/L的混合溶液，备用；

（2）：以氨水或铵盐为络合剂，加入NaOH或KOH配制成摩尔浓度为1~4mol/L的氨碱溶液，备用； 

（3）：先将（2）所述的氨碱溶液和去离子水加入反应釜中，使反应釜中溶液的PH值为9~12，溶液的体积占反应釜体积的1/6~1/5，再将（1）所述的混合溶液和（2）中所述的氨碱溶液均匀加入到（3）中所述的反应釜中，控制反应釜内的温度为40~70 ^oC，PH值为9~12，并对反应釜内的物料搅拌12～24h，经过共沉淀反应、陈化、离心过滤、烘干后得到Mn_1-xM_x(OH)₂粉末颗粒；

（4）：将（3）中获得的Mn_1-xM_x(OH)₂粉末颗粒在空气中、300–900℃条件下煅烧2～12h，即得到本发明所需的前驱体（Mn_1-xM_x)₂O₃；

第二步、层状锰酸锂的制备：

（1）：将粉末状的LiOH·H₂O和粉末状的（Mn_1-xM_x)₂O₃按Li和Mn_1-xM_x的原子比1:1的比例进行混合，备用；

（2）：按固、液体积比1：1~3的比例向（1）中所述的混合粉末中加入去离子水，搅拌成粘稠浆状物，备用；

（3）：把（2）中的浆状物置入一带有开口的容器内，使浆状物体积占反应釜体积的1/20~1/4，并通入体积为容器体积2~8倍的惰性气体，然后将容器密闭，把密闭容器放入恒温箱中，在50~200℃的恒温下反应5~20小时，即得到层状锰酸锂。

第一步前驱体（Mn_1-xM_x)₂O₃的制备（1）中x为0≤x≤0.15，当0≤x≤0.05时，制得的层状锰酸锂为正交结构，当0.05＜x≤0.15时，制得的层状锰酸锂为单斜结构。

第二步层状锰酸锂的制备（3）中所述的惰性气体为氮气、氩气的一种或两种混合气体。