[发明专利]一种锂离子电池富锂锰正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池富锂锰正极材料的制备方法。所用棒状β‑MnO₂为实验室自制，其余原料均为市售分析纯化学试剂，按Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂化学计量分别称取Li₂CO₃、NiO、Co₃O₄、棒状β‑MnO₂，用玛瑙研钵研磨10～60分钟，转入刚玉舟并置于马弗炉内，以5℃/分钟速率升温至500～600℃保温0.5～5小时，接着继续升温至800～900℃保温8～48小时，然后自然冷却至50～100℃取出，研磨10分钟得到棒状形貌Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂正极材料。该材料结晶程度高、棒状形貌规则，初始放电容量在大于250mAh/g，经过80周充放电循环后容量保持率可达76％。同时，该材料还具有资源丰富、价格低廉、环境友好等优点，是很有希望的高比容量锂离子电池正极材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，特别是富锂锰正极活性材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池以其高电压、高比能、长寿命等优点获得了快速发展和广泛应用。随着电动汽车、储能领域对锂离子电池需求的增长，高能量密度、高安全、低成本等性能成为锂离子电池发展的主要方向。目前，锂离子电池的能量密度主要受正极材料制约，商业化的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiLi_1/3Co_1/3O₂等正极材料的实际比容量均在200mAh/g以内，远小于碳素负极材料，难以满足动力和储能型锂离子电池的性能要求。富锂锰层状结构正极材料可逆比容量达250mAh/g以上，并且具有资源丰富、环境友好、成本低、容易制备等特点，极有可能成为下一代锂离子电池的主流正极材料。富锂锰层状结构正极材料的组成为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0＜x＜1，M＝Mn、Co、Ni等)，其高容量主要来源于4.5V以上的过充电，过充电导致Li₂O析出、O^-2氧化、结构改变和电解液副反应加剧等问题，因而富锂锰正极材料存在首次充放电库伦效率低于80％，循环电压下降、容量衰减，倍率性能较差等不足。这些不足，阻碍了富锂锰正极材料的实际应用。通过材料形貌设计，可以有效改进其电化学性能。

发明内容

本发明的目的是制备一种比容量较高的棒状形貌富锂锰正极材料，并将其用作锂离子电池正极活性材料。

具体步骤为：

(1)所用β-MnO₂为实验室自制，其余原料均为市售分析纯化学试剂，按Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂化学计量分别称取Li₂CO₃、NiO、Co₃O₄、棒状β-MnO₂并用玛瑙研钵研磨10～60分钟，转入刚玉舟并置于马弗炉内，以5℃/分钟速率升温至500～600℃保温0.5～5小时，接着继续升温至800～900℃保温8～48小时，然后自然冷却至50～100℃取出，研磨10分钟得到棒状形貌层状晶体结构Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂正极材料。