[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备技术领域，特别涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子正极材料是决定锂离子电池性能的关键因素，目前使用的锂离子电池正极材料，例如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等的工作电压都低于4V，功率密度较低。基于LiMn₂O₄价格便宜、无毒、原料易得等优点，研究人员对其进行了深入研究。研究发现，通过使金属元素，如Cr，Co，Ni，Cu，Fe，Mo，V等取代LiMn₂O₄中部分锰离子，得到了具有尖晶石结构的化合物LiMn_2-xM_xO₄(0.001＜x＜1.999，M为过渡金属元素)。化合物LiMn_2-xM_xO₄放电电压高达5V，用于锂离子电池正极材料能够提供电池的输出电压和功率密度，减少电池串联个数，方便维护和使用。因此如何制备LiMn_2-xM_xO₄类锂离子电池5V正极材料受到业内研究者的广泛关注。

目前主要通过固相法、共沉淀法、复合碳酸盐法、溶胶-凝胶法、熔盐法、乳液干燥法及超声喷雾高温分解法等制备LiMn_2-xM_xO₄正极材料。高温固相法具有工艺流程短，设备简单、易于大规模生产等优点，但反应耗时长，能耗大，容易出现混料不均、无法形成均相共熔体，以及各批次产物质量不稳定等问题，严重影响电化学性能。溶胶-凝胶法合成的产物一般颗粒细小，粒径分布均匀，结晶性能好，初始容量较高，但合成原料一般采用有机试剂，成本较高，难以实际应用。氢氧化物共沉淀法需严格控制反应条件，但是由于Mn²⁺离子易被氧化，很难实现使各种金属离子同时同步沉淀。复合碳酸盐法易于得到比较理想的纯净产物及纳米级的产物，而且产物颗粒分散比较均匀，利于提高正极材料的电化学性能。

就复合碳酸盐法进行举例，G.Q.Liu等(G.Q.Liu,et.Synthesis and electrochemical performance of Li Ni_0.5Mn_1.5O₄spinel compound,Journal of Electrochimica Acta,2005,50:1965-1968)将硝酸锰、硝酸镍和碳酸氢氨的溶液混合后，搅拌反应2小时，得到镍-锰复合沉淀；将镍-锰复合沉淀洗涤后真空干燥，并于650℃下焙烧10小时，得到前驱体；将该前驱体与水合氢氧化镍混合，在800℃下煅烧15h得到Li Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料。

发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：

利用G.Q.Liu提供的方法制备的Li Ni_0.5Mn_1.5O₄正极材料在多次循环后，容量保持率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供了一种高容量保持率的LiMn_2-xM_xO₄类锂离子电池正极材料的制备方法。为了解决上述技术问题，提供以下的技术方案：

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：

步骤a、配制金属盐与锰盐混合物的水溶液，搅拌均匀，向所述金属盐与锰盐混合物的水溶液中加入沉淀剂，取沉淀物，清洗并干燥所述沉淀物，得到前驱体材料；

步骤b、有氧气氛下对所述前驱体材料进行第一次烧结；

步骤c、将第一次烧结后的前驱体材料与锂盐和/或氢氧化锂进行混合并振实或压实，有氧气氛下进行第二次烧结；

步骤d、将第二次烧结后的材料进行破碎，混合均匀，有氧气氛下进行第三次烧结，得到所述锂离子电池正极材料。