[发明专利]一种镍掺杂富锂尖晶石锰酸锂正极材料制备方法

说明书

本发明公开了一种镍掺杂富锂尖晶石锰酸锂正极材料制备方法。该方法包括如下步骤：按照分子式Li_1.05Ni_0.05Mn_1.90O₄的锂、锰和镍离子摩尔比1.05:1.90:0.05，准确称取锂盐、锰盐和镍盐于烧杯中，用适量蒸馏水在50℃搅拌溶解形成均一混合溶液后，搅拌下逐滴加入氧化剂，保温5‑15min。在100℃条件下恒温加热使溶液蒸发掉一定体积的水分，并转移至瓷坩埚中。将盛有溶液的瓷坩埚置于150℃的程序升温箱式电阻炉中保温加热5min，然后在400℃空气气氛下燃烧反应30‑60min，最后在500℃保温1‑2h，冷却后研磨。将研磨后的粉末在600‑700℃焙烧并保温3‑6h，再次研磨得最终产物。本发明所制备的正极材料具有较高的结晶性，规则的八面体形貌，均一的颗粒尺寸分布，优异的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备方法，具体是一种镍掺杂富锂尖晶石锰酸锂正极材料及制备方法，属于无机非金属功能材料技术领域。

背景技术

尖晶石型锰酸锂具有可供锂离子快速迁移独特的三维空间结构以及其具有低毒、低消耗、高安全性、环境友好等优点最有可能替代商业化的钴酸锂成为新一代较有前景的正极材料。但锰酸锂在循环过程中结构不稳定，循环性能不佳，尤其是在高温条件下，容量衰减很快，这制约了尖晶石型锰酸锂在锂离子电池领域的大规模商业化的使用。目前，改善这一缺点的主要的方法是对该材料进行体相掺杂和表面修饰。

中国发明专利授权公告号CN102856543B公开了一种锰酸锂材料的制备方法，其方法是：将浓度为0.1mol/L-5mol/L锰盐的水溶液和浓度为0.1mol/L-5mol/L的碳酸盐的水溶液混合，搅拌反应1分钟-120分钟，分离、洗涤、干燥后得到球形碳酸锰；将球形碳酸锰分散于水中得到分散液，向分散液中滴加浓度为0.1mol/L-5mol/L的氧化剂，搅拌5分钟-5小时后滴加稀酸，反应5分钟-5小时，分离、洗涤、干燥后得到球形二氧化锰；将球形二氧化锰于300℃-600℃下热处理1小时-20小时；将经过热处理的球形二氧化锰与锂盐混合得到混合物，将混合物于500℃-900℃下煅烧1小时-20小时得到锰酸锂材料。

中国发明专利授权公告号CN103887490B公开了一种镍锰酸锂粉体的制备方法，其方法是：先将单体丙烯酰胺和双官能团单体N, N'-亚甲基双丙烯酰胺溶于去离子水得到混合溶液，然后与可溶性锂盐、镍盐、锰盐的溶液混合，向混合溶液中过硫酸铵做为引发剂搅拌均匀。将泡沫陶瓷置于混合溶液中，浸润，中火加热蒸发水分，形成凝胶后发生燃烧，获得高活性粉体。最后将粉体在500℃下保温2-5h,然后在750-900℃下保温3-10h。

中国发明专利授权公告号CN103715415B公开了一种锰酸锂正极材料的制备方法，其方法是：将锰盐溶液、钴盐溶液以及铬盐溶液混合，搅拌1h得到混合盐溶液。配制沉淀剂溶液，并将混合盐溶液和沉淀剂溶液通过蠕动泵加入至反应釜中，控制pH=7-13。将按比例称好的二氧化锰也加入到上述的混合液中，搅拌陈化，将固液分离，用去离子水将所得前躯体洗涤至弱碱性。将前躯体与锂源球磨混合烘干，得到前躯体材料。将前躯体材料进行二次焙烧，一次焙烧500-850℃下保温6-18h，二次焙烧400-600℃下保温4-8h。

Modification of the Solution Flameless Combustion Synthesis of SpinelLiMn₂O₄ by Nitric Acid. Yan Xia等，Asian Journal of Chemistry,第25卷第4期，第1917-1920页公开了一种锰酸锂正极材料的制备方法，其方法是：将硝酸锂和醋酸锰溶解在去离子水中，然后加入硝酸溶液作为辅助氧化剂，将上述溶液放入马弗炉中600℃加热3h，随后在空气中冷却至室温。

镍掺杂富锂尖晶石型锰酸锂制备的主要文献有：