[发明专利]一种微米级非团聚一次颗粒富锂锰基材料及其制备方法

说明书

本发明涉及了一种微米级非团聚一次颗粒富锂锰基材料xLi₂MnO₃·(1‑x)LiMO₂及其制备方法，其中，0x1,M是Mn、Ni、Co、Al、Ce、Cr中的一种或几种的组合。所述制备方法包括以下步骤：1)称取可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐、可溶性铝盐、可溶性铬盐、可溶性铈盐溶解形成溶液A；2)配置碳酸钠或碳酸氢钠或碳酸氢铵或任意两者的混合水溶液B；3)将溶液A和B加入反应釜中，调节pH值，生成沉淀；4)沉淀过滤，洗涤，烘干，得到碳酸盐前驱体；5)前驱体预煅烧后粉碎球磨与含锂化合物混合，加热至500～1200℃，恒温煅烧3～14h，最终得到微米级非团聚一次颗粒富锂锰基材料。本发明的制备工艺简单，易于产业化，并且所制备的材料晶体结构稳定，压实密度高，循环寿命长。

技术领域

本发明涉及一种微米级非团聚一次颗粒富锂锰基材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂及其制备方法，属于锂离子电池材料技术领域。

背景技术

目前商品化锂离子动力电池的能量密度仅约160Wh/kg，欲在2025年实现电池能量密度达到400Wh/kg，需要采用更高能量密度的正负极材料。

现有碳负极的比容量可达350mAh/g以上，而商品化正极材料如LiCoO₂、Li₂MnO₄、LiFePO₄和LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0x+y1)等的比容量均在200mAh/g以下。可见，正极材料的低容量已成为提高锂离子动力电池能量密度的瓶颈，亟需开发更高容量的新型正极材料。近几年出现的富锂xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂材料由于具有较高的放电容量(250mAh/g)而成为国内外研发的热点。但是，常见的富锂锰基材料一般都是由一次纳米级小颗粒聚集而成的二次微米级颗粒，这种形貌不利于电极片的辊压和制备，并且振实密度较低(约1.9g/cm³)，进而导致所组成电池的实际体积能量密度偏低。这极大的限制了富锂正极材料在动力锂离子电池中的实际应用。因此，迫切需要开发出一种振实密度高、电化学性能优良的富锂锰基材料的制备方法以适应大规模商品化应用的需求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种电化学性能优异的微米级非团聚一次颗粒富锂锰基材料。该材料的分子式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂，其中，0x1,M是Mn、Ni、Co、Al、Ce、Cr中的一种或几种的组合。

本发明的另一个目的在于提供该单晶富锂锰基多元材料的制备方法，包括以下步骤：包括以下步骤：

1)按元素化学计量比称取可溶性镍盐、可溶性钴盐、可溶性锰盐、可溶性铝盐、可溶性铬盐、可溶性铈盐溶解在去离子水中，形成金属离子浓度为0.01～9mol/L的溶液A；

2)配置碳酸钠或碳酸氢钠或碳酸氢铵中任意一种或任意两者的混合水溶液B，其中碳酸根或碳酸氢根离子的浓度为0.01～9mol/L；

3)将溶液A和B以速度1～60mL/min滴加入反应釜中并在30～80℃、500～800r/min下不断搅拌，采用氨水调节pH在7.0～10.0之间，反应完全后沉淀在30～80℃下继续陈化2～24h；

4)所得沉淀采用去离子水过滤洗涤数次，烘干，得到碳酸盐前驱体；