[发明专利]一种高比容量富锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高比容量富锂正极材料的制备方法，属于化学电源材料制备和锂离子电池正极材料领域。 

背景技术

随着科技的发展，电子产品、航天领域、电动汽车等领域对储能设备的要求日益增高，逐渐趋向能量密度高、体积小、循环寿命长的方向发展，锂离子电池因其满足上述特点而得到了广泛应用。锂离子电池组成主要包括正负极材料、隔膜、电解液等，在所有材料组成中，正极材料占据着核心位置，它直接影响着电池的成本、容量、循环寿命、安全等重要性能。 

目前开发的锂离子电池正极材料包括层状的钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍锰/钴二元和三元材料、尖晶石结构的锰酸锂(LiMn₂O₄)及5V高压LiNi_0.5Mn_0.5O₄、橄榄石型结构的磷酸铁锂，以及层状固溶体结构的xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0<x<1，M＝Ni、Co、Mn)锰基富锂材料。前几种电极材料的比容量均在200mAh/g以下，只有富锂材料大于200mAh/g，相对于碳基负极350mAh/g以上的比容量，正极材料的比容量亟待提高，所以富锂材料的高比容量特点使其成为下一代商业化电池正极的首选材料。 

同其他正极材料相比，锰基富锂正极材料因其较高的比容量而得到广泛关注。由醇解固相法制得的富锂材料Li_1.17Mn_0.5Ni_0.17Co_0.17O₂(公布号CN103066264A)，虽然粒径均匀但放电比容量仍然有待提高，数圈循环后的放电比容量依旧较低。在富锂正极系列材料中，层状Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂材料因其高比容量和良好的循环性能而得到广泛研究。但富锂材料本身的一些问题制约着它的发展和应用，如大电流放电性能差，合成方法复杂，受影响因素较多等。 

发明内容

本发明的目的是为了针对现有层状富锂正极材料循环性能不稳定、制备工艺复杂且放电比容量低的问题，提供一种高比容量富锂正极材料的制备方法。 本方法制备的正极材料体相结晶度高，材料粒径较小且分布均匀，过渡金属元素比例接近理论值，这些特点赋予材料高比容量和循环稳定性。 

本发明通过以下具体技术方案实现。 

一种高比容量富锂正极材料的制备方法，具体步骤如下： 

步骤一、将乙酸锰、乙酸镍、乙酸钴和乙酸锂溶于溶剂中，搅拌得到混合均匀的乙酸盐溶液；乙酸锰、乙酸镍、乙酸钴和乙酸锂混合摩尔比例为0.54:0.13:0.13:1.2～1.3； 

步骤二、将步骤一所得的乙酸盐溶液在60～80℃水浴下加热，电磁搅拌蒸发至乙酸盐溶液呈现紫红色粘稠状；然后放置于80～120℃温度下干燥，研磨，得到前驱体粉末； 

步骤三、将步骤二所得的前驱体粉末进行煅烧；以2～5℃/min的升温速率从室温升至450～600℃，保温时间为4～8h；自然冷却至室温，研磨后，以2～5℃/min升温速率升温，从室温升至800℃～950℃下煅烧，保温时间为8～12h；随炉冷却至室温，经研磨得到棕色富锂材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂； 

所述溶剂为无水乙醇或去离子水。 

有益效果 

1、本发明的一种高比容量富锂正极材料的制备方法，因为采用乙酸盐一步合成目标产物，原料只有相应的乙酸盐，没有引入熔融盐和其他离子，且经过水浴搅拌，使金属元素达到分子级的混合程度，制备的材料元素分布均匀。 

2、本发明的一种高比容量富锂正极材料的制备方法，因为所制备材料体相结晶度高，粒径较小且分布均匀，比表面积大，与电解液充分接触，反应位点多，利于锂离子的脱出和嵌入，使材料组装的电池循环性能稳定，放电比容量最大值达316.5mAh/g。 

3、本发明的一种高比容量富锂正极材料的制备方法，因为合成步骤简单，工艺重复性好，过渡金属元素比例接近理论值，易于大批量生产，合成过程中不确定性因素少，产物物化性能波动小，材料的电化学性能优异。 

附图说明