[发明专利]一种掺锰镍酸锂精制材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种掺锰镍酸锂精制材料的制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

在能源危机和环境保护双重压力下，全球性的生态和能源危机日益严重，世界各国纷纷指定节能减排的目标，采取有效措施实现经济的绿色发展，最终实现经济结构的转型，实现低碳经济的转变。

锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一，锂离子电池具有以下特点：高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多，因其上述特点，锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。

目前，锂离子电池正极材料主要集中在钴系、镍系和锰系材料，国内研究较多的主要包括LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄。其中层状结构的LiCoO₂电极性能良好，是市场上商品锂离子电池广泛采用的正极材料，但其存在资源短缺、价格高、污染大等缺点；近些年尖晶石结构的LiMn₂O₄获得广泛深入的研究，但由于容量偏低，高温下容量衰减严重等问题，其应用范围也受到一定的限制。与结构相似的LiCoO₂相比，LiNiO₂具有容量高，功率大，价格适中等优点，但存在合成困难，热稳定性差等问题，其实用化进程一直较缓慢。

因此，急需探寻一种材料，用来代替锂离子电池钴系、镍系和锰系材料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前锂离子电池正极材料中LiCoO₂虽电极性能良好，但资源短缺，价格高，污染大，而LiMn₂O₄容量偏低，高温下容量衰减严重，使其应用范围也受到一定的限制，除此以外LiNiO₂也存在合成困难，热稳定性差的现状，提供了一种利用掺锰镍酸锂精制材料代替传统的钴系、镍系和锰系材料，作为锂离子电池正极材料的方法。该方法将硝酸锂、硝酸镍以及尿素混合，引入氨水，反应后离心得沉淀物，随后将沉淀物高温煅烧，在熔融状态下撒入抗化血酸，之后再将硫酸锰曝气后与双氧水氧化生成的二氧化锰加入其中进行煅烧，最后在煅烧物中点燃镁条，降温后，通过盐酸的浸泡，过滤，从而得到一种掺锰镍酸锂精制材料。本发明不仅方法独特新颖，操作过程无任何污染，而且制得的掺锰镍酸锂精制材料热稳定性好，电子、离子导电率高，快速充放电循环性能稳定，比容量高，非常适合作为锂离子电池正极材料使用。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）配制浓度为1.0mol/L的硝酸锂溶液，置于容器中，并按质量比2：1～4：1，向容器中倒入质量浓度为1.2mol/L的硝酸镍溶液，提升温度至45～50℃，恒温加热搅拌1～2h，得混合液，随后在得到的混合液中加入混合液质量5～10％的尿素，继续加热搅拌10～15min，待搅拌结束，再向容器中加入质量浓度为25％的氨水，调节pH值为7.0～7.2为止，继续在45～50℃下反应1～2h；

（2）待上述反应结束，将反应后得到的浆液在10～15℃下恒温晶化2～4h，随后移入高速离心机中，在1200～1300r/min的转速下离心处理25～35min，去液，留渣，置于马弗炉中，在800～900℃下高温煅烧，直至熔融，之后保持熔融温度，并在其中均匀撒入熔融物质量5～8％的抗化血酸，以300～500r/min的转速搅拌，直至完全熔融，保温，备用；

（3）取200～300g硫酸锰置于反应釜中，向其中加入1～2L清水，搅拌溶解后，向反应釜底部以5～10mL/min的速率通入氧气，10～12min后停止通入，曝气1～3h，待曝气结束，密闭静置45～55min，随后再向反应釜中加入硫酸锰质量50～60％重量浓度为30％的过氧化氢，氧化反应2～3h，得黑色二氧化锰；

（4）按质量比为1∶2～1∶4，将上述得到的黑色二氧化锰放入上述步骤（2）制得的熔融物质中，搅拌均匀，放入马弗炉中，在900～1000℃下煅烧1～2h；

（5）待上述煅烧结束，将煅烧后的物质放入容器中，随后取镁条，点燃后迅速放入容器中，使得镁条自然燃烧，待燃烧完毕，自行降温至室温；