[发明专利]一种电动车辆用锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动车辆用锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法，属于锂离子电池正极材料制备技术领域。

背景技术

节能和新能源技术是21世纪人类最具潜力的技术之一,日益成熟的新能源技术也将给我们的生活带来巨大的变化。因全球石油资源的稀缺，再生能源及替代型储能装置的兴起已成为必然趋势。电动汽车是未来新能源汽车的主流，国家《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》指出，小型化和汽车电气化是中国汽车未来发展的两大方向，2015年中国电动汽车保有量计划达到100万辆，动力电池产能约达100亿瓦时。

锂离子电池自1992年由索尼公司产业化以来,因其具有工作电压高、体积小、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点,目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、 PDA、数码相机和携带式电动工具等领域。随着汽车产业因节能、环保等要求不断升级，锂电池大规模用于汽车动力也已经拉开帷幕。目前需要解决的问题在于锂离子电池使用的稳定性、安全性和生产成本问题。尖晶石锰酸锂因其优良的安全性能和相对均衡的综合性能，成为锂离子电池中最有可能被率先应用的正极材料。

尖晶石锰酸锂，分子式为LiMn₂O₄，分子量180.82，因锰酸锂热稳定性高、耐过充性好、大倍率性能好、资源丰富、价格低廉、环境友好等优点，被认为是锂离子电池最有前途的正极材料之一，特别是随着动力电池的发展，安全性好、价廉的锰酸锂具有很大的竞争优势。随着锂离子电池广泛应用于手机、手提电脑、MP3、数码相机和电动自行车、混合电动车、电动车等，锰酸锂的用量将越来越大，尤其是在电动自行车和混合电动汽车上，锰酸锂拥有很大市场；但锰酸锂在高温下（55度以上）由于锰与电解液发生溶解反应和锰酸锂表面率先发生John-teller效应等原因导致严重的容量衰减问题，无论电池在循环过程中还是在贮存时，也不论是处于充电状态还是放电状态，LiMn₂0₄都存在较大的不可逆容量损失，从而严重影响电池的循环寿命和储存性能，制约了锰酸锂在动力电池上的应用。同时由于锂离子电池在大电流充放电过程中，电池内部温度会上升，有时可达55℃ 以上，因此改善高温性能是迫切需要解决的焦点问题。国内外对锰酸锂研究已有十多年时间，这个问题一直以来未能很好的解决，有的通过改善或更换电解液来解决，有很大改善但还不能完全满足电动汽车用电池；有的通过更改负极材料，虽然电池性能优越，但电池电压明显降低。

发明内容

本发明针对上述不足，本发明提供一种电动车辆用锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂的制造方法，采用本方法制造的尖晶石锰酸锂晶体结构完整、容量高、高温和常温循环寿命好，适合应用于电动车电池。

本发明的技术解决方案： 

一种电动车辆用锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法，具体步骤为。

1. 将锂源化合物、锰源化合物和掺杂的金属M化合物溶解于去离子水中，

用氨水调节pH值至5.0，加入乙醇，搅拌均匀，得到前驱体溶液。

2. 将大孔径硅胶浸泡在前驱体溶液中，静置，使溶液充分渗入硅胶微孔中，将硅胶干燥，得到硅胶与前驱体的复合物。

3. 将复合物置于马弗炉中，通空气，在500-900℃条件进行高温煅烧处理，高温保温时间为8-24小时，之后冷却。

4. 在4mol/L的NaOH溶液中溶解硅胶模板，经过洗涤、干燥、造粒得到锰酸锂粉末。

所述步骤1中锂源化合物、锰源化合物和掺杂的金属M化合物的化学计量比为Li/(Mn+M)=0.45-0.6, Mn/M=9-99。

所述步骤1中加入的乙醇量为去离子水重量10% 。

所述锂源化合物为：硝酸锂(LiNO₃)、醋酸锂(CH₃COOLi)中的一种,也包括其带结晶水的化合物。

所述锰源化合物为：硝酸锰(Mn(NO₃)₂)、硫酸锰(MnSO₄)、醋酸锰(Mn(CH₃COO)₂)、氯化锰(MnCl₂)中的一种或几种的组合,也包括其带结晶水的化合物。

所述掺杂的金属M化合物为：锂(Li)、镁(Mg)、铝(Al)、钙(Ca)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、钛(Ti)、锆(Zr)的硝酸盐、醋酸盐中的一种或两种以上的组合,也包括其带结晶水的化合物。