[发明专利]一种LiNixMn2-xO4正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LiNi_xMn_2-xO₄正极材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池由于具有电压高、比容量大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、环境污染小等优点而受到了人们的广泛关注，成为缓解能源危机与环境污染等问题的一种有效途径。随着锂离子电池在电动工具、电动汽车等领域的应用，对电池的能量密度提出了更高的要求，而锂离子电池的能量密度很大程度上取决于正极材料，提高正极材料的比容量或电压是获得高能量密度锂离子电池的主要途径之一。

尖晶石型镍锰酸锂正极材料LiNi_xMn_2-xO₄（0.4 ≤ x ≤ 0.5），具有4.7 V（vs. Li⁺/Li）的电压平台，比容量147 mAh/g左右，比能量可达690 Wh/kg，高于LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等正极材料的比能量，是一种具有很好应用前景的高比能量动力电池正极材料。

影响LiNi_xMn_2-xO₄（0.4≤x≤0.5）材料性能的主要因素有晶体结构、颗粒尺寸和晶粒形貌。近年来的研究表明，晶体形貌是比晶体结构和颗粒尺寸更为关键的影响因素。当制备的LiNi_xMn_2-xO₄（0.4≤x≤0.5）晶粒为八面体的形状，晶粒裸露表面为{111}面时，即使所得材料为大尺寸的微米级晶粒，不管材料的晶体结构为无序的Fd3m结构还是为有序的P4₃32结构，都具有很好的电化学性能。虽然减小LiNi_xMn_2-xO₄（0.4≤x≤0.5）材料的颗粒尺寸可以进一步提高材料的倍率性能，但同时会加剧电解液的在高电位的氧化分解，从而恶化材料的循环性能。因此，对于材料自身来说，制备大颗粒尺寸具有{111}裸露晶面的LiNi_xMn_2-xO₄（0.4≤x≤0.5）材料是获得良好综合电化学性能的有效方法。显然，材料的颗粒尺寸和形貌是由制备方法和条件决定。合成LiNi_xMn_2-xO₄（0.4≤x≤0.5）材料的方法有很多，包括固相法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、熔盐法等等，但真正具有实用价值的还是固相法，而固相法要控制材料的颗粒尺寸和形貌并不容易，目前报道的主要是调控烧结温度。通过提高烧结温度，可以促进晶粒生长和成形。对于固相法制备LiNi_xMn_2-xO₄（0.4≤x≤0.5）材料，一般烧结温度要在800^oC以上，颗粒才会显著长大和裸露出{111}晶面。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种LiNi_xMn_2-xO₄正极材料的制备方法。该方法提出原料氯化法，通过引入氯离子，促进固相反应过程中LiNi_xMn_2-xO₄（0.4≤ x ≤0.5）材料在中低温下长大和裸露出{111}晶面，从而可以简单、有效实现高性能LiNi_xMn_2-xO₄（0.4 ≤ x ≤ 0.5）材料的制备，本发明通过以下技术方案实现。

一种LiNi_xMn_2-xO₄正极材料的制备方法，其具体步骤如下：

（1）首先将锂源、镍源、锰源与辅助剂进行球磨混合0.5~10h，然后在60~160^oC条件下干燥制备得到前驱体，其中锂源、镍源和锰源的摩尔比为1.0~1.05：x：2-x（0.4≤ x ≤0.5），且锂源、镍源、锰源与辅助剂中至少有一种是氯化物；