[发明专利]一种富锂锰基正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种富锂锰基正极材料的制备方法。将LiMnO4和醋酸锂混合，然后加水溶解，搅拌混合均匀，然后加入镍钴锰酸锂，浆化搅拌均匀，然后喷雾干燥，得到混合料；将混合料装入匣钵内，然后放入辊道窑内煅烧，煅烧过程鼓入空气，然后冷却至物料温度＜60℃后出料；将冷却的物料经过气流破碎、然后电磁除铁后筛分，过200目筛，然后真空包装即得。本发明制备工艺简单，生产效率高，成本低，且形成了Li₂MnO₃包覆镍钴锰酸锂的结构，本发明采用的镍钴锰酸锂为高镍三元，在进行包覆的过程也实现了镍钴锰酸锂的二次烧结，同时Li₂MnO₃表面也包覆有碳，降低首次不可逆容量损失，提高倍率性能和循环寿命，且容量也大大提高了。

技术领域

本发明涉及一种富锂锰基正极材料的制备方法，属于新能源锂电池材料技术领域。

背景技术

电动汽车是解决能源和环境问题的新型战略产品，但目前电动汽车仍面临续航里程短、成本偏高和安全性有所欠缺等问题，严重制约了电动汽车的大规模推广应用。因而，研究开发新一代300-400Wh/kg动力锂电池，是未来锂电材料及技术发展的必然趋势。

在已知正极材料中，富锂锰基正极材料放电比容量达250毫安时/克以上，几乎是目前已商业化正极材料实际容量的两倍左右；同时这种材料以较便宜的锰元素为主，贵重金属含量少，与常用的钴酸锂和镍钴锰三元系正极材料相比，不仅成本低，而且安全性好。因此，富锂锰基正极材料被视为下一代锂动力电池的理想之选，是锂电池突破400瓦时/公斤，甚至500瓦时/公斤的技术关键。

虽然富锂锰基正极材料具有放电比容量的绝对优势，但要将其实际应用于锂动力电池，必须解决以下几个关键技术问题：一是降低首次不可逆容量损失；二是提高倍率性能和循环寿命；三是抑制循环过程的电压衰减。目前解决这种材料问题的手段很多：包覆、酸处理、掺杂、预循环、热处理等方法，但是这些方法只能在某些方面提升材料的性能，还没有万全之策。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种富锂锰基正极材料的制备方法，制备工艺简单，生产效率高，成本低，且形成了Li₂MnO₃包覆镍钴锰酸锂的结构，本发明采用的镍钴锰酸锂为高镍三元，在进行包覆的过程也实现了镍钴锰酸锂的二次烧结，同时Li₂MnO₃表面也包覆有碳，降低首次不可逆容量损失，提高倍率性能和循环寿命，且容量也大大提高了。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，为以下步骤：

(1)预处理，将LiMnO4和醋酸锂混合，然后加水溶解，搅拌混合均匀，然后加入镍钴锰酸锂，浆化搅拌均匀，然后喷雾干燥，得到混合料；

(2)反应，将混合料装入匣钵内，然后放入辊道窑内煅烧，煅烧过程鼓入空气，然后冷却至物料温度＜60℃后出料；

(3)后处理，将冷却的物料经过气流破碎、然后电磁除铁后筛分，过200目筛，然后真空包装即得。

所述步骤(1)中浆化搅拌时加入聚乙二醇进行分散，浆化搅拌时维持固含量为30-35％，LiMnO₄、醋酸锂和镍钴锰酸锂的摩尔比为0.6:0.61-0.62：0.35-0.45,镍钴锰酸锂的粒径为10-15μm，BET为0.5-1.5m²/g，镍钴锰酸锂中镍钴锰的摩尔比为0.6-0.85:0.1-0.2:0.05-0.2。

所述步骤(1)中喷雾干燥时雾滴直径为20-40μm，进风温度为230-250℃，得到混合料的粒径为15-20μm，水分含量低于1％。