[发明专利]锂离子电池层状富锂锰基固溶体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领域中的一种锂离子电池层状富锂锰基固溶体正极材料制备方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、体积小、质量轻、比能量大、循环寿命长、安全性能好等优点，已广泛应用于摄像机、移动电话、笔记本电脑、以及便携式测量仪器等电子设备中，并且在电动汽车、空间技术等领域中有广阔的应用前景。目前, 富锂锰基固溶体材料的制备大多数采用共沉淀法, 也有部分文献报道溶胶凝胶法、固相法、离子交换法和燃烧法等工艺。共沉淀法虽然使用广泛，但其工艺参数的调节和控制困难；溶胶凝胶法需要消耗大量的有机酸或醇使成本升高；离子交换法和燃烧法工艺繁琐，不适用于大规模生产；传统的固相烧结法混料均匀性较差、制备的材料重复性较差。本发明采用一种低温固相烧结法制备锂离子电池层状富锂锰基固溶体正极材料，该方法工艺过程简单，易于控制，重复性好，成本低，而且产品性能优异，具有大规模工业化应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池层状富锂锰基固溶体正极材料制备方法，该正极材料的化学式可表示为：xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.4Ni_0.4Co_0.2O₂(x=0.1～1.0)。

本发明所提供的方法制备的层状富锂锰基固溶体锂离子电池的正极材料，不但具有较高的比容量性能，而且具有良好的循环性能。

本发明提供的层状富锂锰基固溶体正极材料的制备方法包括以下步骤：

（1）首先根据复合材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.4Ni_0.4Co_0.2O₂(x=0.1～1.0)的组成，按照化学计量比称取一定量的锂盐、锰盐、镍盐和钴盐，将原料研磨混合均匀；

（2）称取稍过量于化学计量比的草酸，加入步骤（1）所得混合物研磨或球磨，干燥处理，得到米白色块状(LiMnNiCo)_xC₂O₄前驱体；

（3）将步骤（2）获得的(LiMnNiCo)_xC₂O₄前驱体研磨充分后，进行低温热处理、高温热处理和冷却处理，获得xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.4Ni_0.4Co_0.2O₂固溶体类复合正极材料。

上述步骤（1）中的锂盐为乙酸锂、硝酸锂、氯化锂中的一种或几种；锰盐为乙酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种；钴盐为乙酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种；镍盐为乙酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种；

步骤（2）中研磨或球磨处理的时间为2～10h；干燥处理的温度为80℃～150℃，处理时间为6～15h；

步骤（3）中低温热处理温度为300℃～450℃，时间2～8h，高温热处理温度为800℃～1000℃，时间8~20h；冷却处理方式为室温下淬火、液氮中淬火、冰水混合物中淬火。

本发明采用低温固相法制备xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.4Ni_0.4Co_0.2O₂正极材料，利用金属盐和草酸在室温下反应，实现了锂离子与其他过渡金属离子在分子水平上的均匀混合,解决了共沉淀法中锂离子未能与过渡金属离子形成共沉物的问题，同时克服了传统的固相法原料混合不均匀的困难,大大提高了产品的分散均匀程度和均一性；本发明采用的方法没有引入杂质离子，很大程度上提高了产品的纯度，解决了杂质离子对材料性能造成危害的问题；此外，本发明采取的方法，工艺简单、操作方便,极大的缩短了工艺步骤，节约了大量资源，有助于程序化生产，节约了生产成本。本发明采用的原料来源广泛，工艺设备简单，易于控制，重复性好，可以规模化合成。本发明采用的合成方法不局限于本发明公布的材料，还可以用于其他材料的合成，该方法具有广阔的应用前景。

附图说明