[发明专利]一种锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，特别是一种电池材料镍锰酸锂的制备方法。

背景技术

锂离子动力电池是目前国内外公认的最有潜力的车载电池，主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质等部分组成；其中，正极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是决定锂离子电池性能的关键因素；因此，从资源、环保及安全性能方面考虑，寻找锂离子电池的理想电极活性材料仍是国际能源材料工作者所要解决的首要难题。

目前已经商业化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)和磷酸铁锂(LiFePO₄)；钴酸锂是目前广泛应用于小型锂离子电池的正极材料，但由于钴有毒、资源储量有限价格昂贵，且钴酸锂材料作为正极材料组装的电池安全性和热稳定性不好，在高温下会产生氧气，满足不了动力电池的技术要求；锰酸锂虽然价格低廉、环保、安全、倍率性能和安全性能好，但是其理论容量不高，循环使用性能、热稳定性和高温性能较差，在应用中的最大问题是循环性能不好，特别是高温下，材料中的三价锰离子和大倍率放电时在颗粒表面形成的二价锰离子，使得材料在电解液中的溶解明显，最终破坏了锰酸锂的结构，也降低了材料的循环性能；目前在市场上真正能使用的锰酸锂材料都是通过改性措施得到的，这种改性措施一方面需要高规格的合成设备，另一方面也需要是以降低材料的可逆容量为代价，所以这些材料至今为至难以实现钴酸锂的替代；磷酸铁锂是近几年来引起广泛关注的新型锂离子电池正极材料，它具有优越的安全性能和良好的循环使用性能，有较好的应用前景，但是该材料的振实密度小和电压平台较低，故制作成电池后比能量低，使得其不适合应用于高能量密度要求的场合。

就目前的技术而言，商用化的这几种正极材料相对于石墨负极的电压均在4V以下，从而限制了电池的功率，因此，开发高电压、高容量、安全和循环性能好的Ni掺杂的LiMn₂O₄的具有5V级LiNi_0.5Mn_1.5O₄，对电动汽车用高功率锂离子动力电池的发展具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提供了一种锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，制得的镍锰酸锂具有5.0V高电位放电平台，可以提供更高的工作电压以及能量和功率密度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种锂离子动力电池材料镍锰酸锂的制备方法，包括以下步骤：

(1)锰盐、镍盐材料的的准备：将锰盐、镍盐材料按Mn:Ni摩尔比为3:1进行配料混合；

(2)溶胶凝胶法制备镍锰前驱体：将步骤(1)所得的混合物加入螯合剂中，用碳酸氢氨调节pH在8～10，搅拌至粘稠，搅拌状态下加入纯净水，制作成金属Mn+Ni离子浓度为100～150g/l的溶液，加入助沉剂至沉淀完全，过滤，沉淀物干燥，得到镍锰前驱体；

(3)三维斜式混合：采用三维斜式混合机将步骤(2)所得的镍锰前驱体与锂盐在介质下进行分散、混合2～4h，得中间体混合物；

(4)预烧结：将步骤(3)所得的中间体混合物装入匣钵，送入推板窑进行烧结，烧结过程不间断的充入氧气，烧结温度500～600℃，恒温时间4～6h，得预烧结物料；

(5)高温烧结：将步骤(4)所得的预烧结物料装入匣钵，送入推板窑进行烧结，烧结过程不间断的充入氧气，烧结温度800～900℃，恒温时间9.5～10.5h，得高温烧结物料；

(6)掺杂混合：采用三维斜式混合机将步骤(5)所得的高温烧结物料与金属阳离子化合物和F^-离子化合物在介质下进行分散、混合，混合时间为2.5～4h，得掺杂物料；

(7)第三次低温烧结：将步骤(6)所得的掺杂物料烧结，烧结温度为300～400℃，恒温时间4～6h；

(8)后处理：将步骤(7)所获得的产品进行气流粉碎、分级即获得锂离子动力电池材料镍锰酸锂成品。

进一步的，步骤(3)中，镍锰前驱体中Mn+Ni和锂盐中Li的摩尔比为(0.95～1.0):1。

步骤(1)中，所述锰盐材料为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种；所述镍盐材料为硫酸镍、氯化镍、硫酸镍中的一种或几种；步骤(3)中，所述锂盐材料为碳酸锂。