[发明专利]一种锂离子电池用镍掺杂锰酸锂正极材料的制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉一种锂离子电池用镍掺杂锰酸锂正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有高能量密度、重量轻、不污染环境、无记忆效应、工作性能稳定、安全可靠等特点，自问世以来应用广泛，已成为目前主要的便携式电源，也是大功率动电池的开发重点。

层状锂离子电池正极材料是领域内研究的热点。理论上具有层状结构和尖晶石结构的材料，都可以作为锂离子电池的正极材料，但是由于材料自身性质差异和制备工艺上的困难，目前常用的锂离子电池正极材料仍然以钴、镍、锰的氧化物LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂为主。其中具有层状结构的锰酸锂LiMnO₂用作锂离子电池正极材料具有如下优点：1、理论容量285mAh/g，实际容量可达250mAh/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；其主要缺点是但循环性能差，放电过程中结构不够稳定。

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；湿法反应温度低，晶粒生长容易控制，材料的初始容量较高。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池用镍掺杂锰酸锂正极材料的制备方法，使用该方法制备的正极材料，一致性好，具有较高初始容量的同时，还具良好的循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池用镍掺杂锰酸锂正极材料的制备方法，该正极材料的化学式为LiMn_1-xNi_xO₂，其中：x＝0.12-0.15，该方法包括如下步骤：

(1)前驱体MnNiO₃的制备

将乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮溶于水和乙醇溶液中，获得乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液，其中乙酸锰的摩尔浓度为1-1.5mol/L，聚乙烯吡咯烷酮的摩尔浓度为0.5-1mol/L，水和乙醇的体积比为3:1-2；

在60-80℃的温度下，将摩尔浓度为1-2mol/L的镍氰酸钠(Na₂Ni(CN)₄)水溶液，滴加到上述乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液中，滴加量控制使得镍离子和锰离子的摩尔比为1:1，滴加完毕后，磁力搅拌后，静置20-25h，离心分离得到镍氰酸锰(MnNi(CN)₄)纳米粒子；

将上述镍氰酸锰纳米粒子置于坩埚内，在空气氛围下，以450-500℃的温度下煅烧1-2h，可以得到前驱体MnNiO₃；

(2)制备层状镍掺杂锰酸锂

将氢氧化锂、上述前躯体MnNiO₃、氢氧化锰按摩尔比Li：Mn：Ni：Co＝1：1-x：x的配比混合，在球磨机中以400-500r/min的速度机械混合10-15h得到混合粉末，按照固、液体积比1：2-4的比例向所述的混合粉末中加入去离子水，搅拌成粘稠浆状物；

将所述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1/10-1/5，并通入体积为容器体积10-15倍的氩气的，然后将容器密闭，把密闭容器放入恒温箱中，在150-250℃的恒温下反应10-15h，得到镍掺杂锰酸锂。

本发明制备的正极材料，使用湿法制备的高纯度具有多微孔结构的MnNiO₃作为主要原料之一，结合固相低温法以获取较高的能量密度、一致性好的镍掺杂锰酸锂复合材料，使得该材料具备较高的能量密度和电化学稳定性。因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有较高的比容量和较长的使用寿命。

具体实施方式

实施例一

本实施例制备的正极材料的化学式为LiMn_0.88Ni_0.12O₂。

将乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮溶于水和乙醇溶液中，获得乙酸锰和聚乙烯吡咯烷酮混合溶液，其中乙酸锰的摩尔浓度为1mol/L，聚乙烯吡咯烷酮的摩尔浓度为0.5mol/L，水和乙醇的体积比为3:1；