[发明专利]一种锂离子电池锰钴锂氧化物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锰钴锂氧化物正极材料及其制备方法。

背景技术

随着能源危机和环境问题的加剧，开发新型清洁能源储能装置和环保动力装置显得尤为重要。锂离子电池凭借高电压、高容量、长循环寿命、安全环保等优点在储能和动力装置领域有着巨大的应用前景。正极材料作为锂离子电池中最重要的组成部分决定着锂电池的电化学性能。因此，正极材料的研发得到了广泛的关注。目前，LiCoO₂是应用最广泛的正极材料，但是其可逆容量只有140mAh/g,远不能满足动力电池高容量的要求，而且钴元素价格贵且有毒，因此急需开发下一代新型锂离子电池正极材料。富锂层状正极材料Li₂MnO₃-LiMO₂(M=Mn,Ni,Co)具有高的可逆容量（大于250mAh/g），拥有非常好的应用前景。但是，该材料的电导率低，倍率性能比较差，严重阻碍了它的实际应用。因此，开发高倍率富锂层状正极材料显得极为重要。目前氢氧化物或者碳酸盐共沉淀法是使用最多的制备富锂层状正极材料的方法。但是该方法有着很多缺点，例如：（1）容易引入杂质离子（Na⁺）；（2）不能实现金属离子的充分混合等，从而影响正极材料的电化学性能。本发明致力于解决以上问题，且采用本发明方法制备的锰钴锂氧化物正极材料（Li_(3+x)/3Mn_2x/3Co_1-xO₂，其中0.1≤x≤0.9）拥有非常高的容量和优异的倍率性能，其制备方法简单，易于控制，重复性好，成本低，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锰钴锂氧化物正极材料及其制备方法，该正极材料的化学式可表示为：Li_(3+x)/3Mn_2x/3Co_1-xO₂，其中0.1≤x≤0.9。

本发明提供的锰钴锂氧化物Li_(3+x)/3Mn_2x/3Co_1-xO₂可作为锂离子电池正极材料，其具有优良的电化学性能。

本发明提供的锰钴锂氧化物Li_(3+x)/3Mn_2x/3Co_1-xO₂正极材料的制备方法包括以下步骤：

（1）首先首先按化学式组分金属离子摩尔比称取锂盐、锰盐和钴盐，将称取的金属盐溶于去离子水中，形成澄清溶液；

（2）将甘露醇水溶液加入步骤（1）得到的金属盐溶液中；

（3）用硝酸调节pH值为1～5，然后将该溶液在50～200℃下蒸干，得到干凝胶粉末；

(4)将步骤（3）得到的干凝胶加热直至自燃，得到锂锰钴氧化物的前驱体粉末；

（5）将步骤（4）得到的前驱体进行烧结处理和冷却处理后，获得锰钴锂氧化物Li_(3+x)/3Mn_2x/3Co_1-xO₂正极材料粉末。

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；

步骤（5）中的热处理温度为700～1000℃；冷却处理方式为：液氮温度～室温下淬火。

本发明采用溶胶凝胶燃烧法制备锂锰钴氧化物（Li_(3+x)/3Mn_2x/3Co_1-xO₂，其中0.1≤x≤0.9）正极材料，以去离子水为溶剂、甘露醇为螯合剂，使锂离子与过渡金属离子形成水溶胶，提高了金属离子混合的均匀程度，保证了终产物的均一性；本发明采用的方法没有引入杂质离子，在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。本发明采用的原料来源广泛，工艺工程简单，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

图1为实施例1中Li_1.2Mn_0.4Co_0.4O₂正极材料粉体的X-射线衍射图谱。