[发明专利]锂镍锰氧材料前驱体及制备方法、锂镍锰氧材料及制备方法、锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂镍锰氧材料前驱体及制备方法、锂镍锰氧正材料及制备方法、锂离子电池。 

背景技术

近年来，随着能源环境问题的日益严重以及电子产品轻型化的要求，人们对锂离子二次电池的研究不断深入。而正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是锂离子电池中成本比例最高的部分。在高压电解质问题解决之后，5V级的锂离子电池新型正极材料备受关注。LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料作为锂离子电池的正极材料，在充放电过程中主要存在4.7V的电压平台，且理论比容量可达到146.7mAh/g，具有更高的能量密度，有希望作为动力电池得到广泛的应用，故成为当今锂离子电池研究的热点。 

目前LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的制备方法有很多种，普遍采用的有固相合成法、微波法及溶胶-凝胶法。这些制备方法很难实现LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料中的各个成分在原子水平上的均匀混合，最后得到的产物的成分不均一，且压实密度不高（约为2.5g/cm³），因此LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料作为锂离子电池正极材料的效果很不理想。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种锂镍锰氧材料前驱体及制备方法、锂镍锰氧正材料及制备方法、锂离子电池，该锂镍锰氧材料前驱体中的锰在内层中的占比最高，该Ni_0.5Mn_1.5（OH）₄材料成核稳定，从而使得 Ni_0.5Mn_1.5（OH）₄材料的结构致密，整体结构最稳定。 

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种锂镍锰氧材料前驱体，其分子式为Ni_0.5Mn_1.5（OH）₄；且由三层构成，其中： 

前驱体内层为镍含量小于1/4，锰含量大于3/4的二元材料，所述前驱体内层的分子式为Ni_(0.5-x)Mn_(1.5+x)（OH）₄，0<x<0.5; 

前驱体外层为镍含量大于1/4，锰含量小于3/4的二元材料，所述前驱体外层的分子式为Ni_(0.5+y)Mn_(1.5-y)（OH）₄，0<y<1.5; 

所述前驱体内层与所述前驱体外层之间的前驱体中间层为所述前驱体内层和所述前驱体外层之间的浓度梯度复合材料。 

本发明还提供一种制备上述的锂镍锰氧材料前驱体的方法，包括以下步骤： 

（1）配置镍盐和锰盐的混合溶液得到镍和锰的二元盐溶液A，其中，镍和锰的摩尔比为（0.5-x）∶（1.5+x），以一定速率向反应釜中注入所述镍和锰的二元盐溶液A，同时注入碱溶液，调节碱溶液的流速保持混合溶液的pH值为10~12，制得Ni_(0.5-x)Mn_(1.5+x)（OH）₄，形成所述前驱体内层，其中，0<x<0.5； 

（2）在下述向反应釜中注入所述镍和锰的二元盐溶液A和镍和锰的二元盐溶液B过程中，调节注入的碱溶液的流速保持混合溶液的pH值为10~12； 

配置镍盐和锰盐的混合溶液得到镍和锰的二元盐溶液B，其中，镍和锰的摩尔比为（0.5+y）∶（1.5-y），以递减速率向反应釜中注入所述镍和锰的二元盐溶液A，与此同时，以递增速率向反应釜中注入所述镍和锰的二元溶液B，制得所述的前驱体中间层，其中，0<y<1.5； 

（3）当所述镍和锰的二元盐溶液A注入速度降至零后，以一定速率继续向反应釜中注入所述镍和锰的二元盐溶液B，同时注入碱溶液，调节碱溶液的流速保持混合溶液的pH值为10~12，制得Ni_(0.5+y)Mn_(1.5-y)（OH）₄，形成所述前驱体外层，其中，0<y<1.5；