[发明专利]一种富锂锰基正极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种富锂锰基正极材料及其制备方法、锂离子电池，富锂锰基正极材料的制备方法包括如下步骤：S1前驱体制备：按镍、钴、锰离子的摩尔比为0.146:0.058:0.579，将所需镍盐、钴盐和锰盐溶于去离子水，形成混合金属盐溶液，然后用蠕动泵将上述混合金属盐溶液与沉淀剂溶液分别打入反应釜混合，再加入络合剂调节pH值，持续搅拌反应生成沉淀，反应完全后将所述沉淀洗涤、干燥、粉碎过筛后得到前驱体；S2煅烧：将上述前驱体与锂源研磨混合后，放置在马弗炉中烧结得到目标正极材料Li[Li_0.217Ni_0.146Co_0.058Mn_0.579]O₂。前驱体采用共沉淀法制备，再与锂源煅烧得到正极材料，该工艺简单、生产成本低，且该摩尔比下所得目标正极材料的结构稳定性强、循环稳定性及倍率性能好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种富锂锰基正极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

在绿色化学电源领域，相对于传统的铅酸电池、锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池而言，锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点，是目前新能源汽车的主要动力电池之一。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜、外壳组成，其中正极材料是锂离子电池的核心组成部分，直接决定锂离子电池的整体性能。

目前已经商业化的正极材料有钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂和锰酸锂，而磷酸铁锂和锰酸锂的能量密度低；钴酸锂和三元材料的能量密度虽然有大幅提升，但是金属钴资源短缺、价格昂贵，同时安全性也有待进一步提高。

富锂锰基正极材料具有高比容量、成本低和环境友好的优点，因此受到科研院所和产业界的广泛关注和研究。富锂锰基正极材料的制备方法和三元材料类似，有共沉淀法、溶胶凝胶法、高温固相法等，而实际产业化应用中以工艺流程简单、便于控制的高温固相法和共沉淀法为主。

然而，富锂锰基正极材料仍面临着许多问题，其中首次库伦效率偏低、电压降严重和倍率性能差等是主要的问题。富锂锰基正极材料的制备方法也仍存在工艺复杂、生产成本高、循环稳定性及倍率性能较低、产品结构稳定性较差的问题。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明的第一目的是提供一种富锂锰基正极材料的制备方法，工艺简单，且制得富锂锰基正极材料结构稳定。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种富锂锰基正极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1前驱体制备：按镍、钴、锰离子的摩尔比为0.146:0.058:0.579，将所需镍盐、钴盐和锰盐溶于去离子水，形成混合金属盐溶液，然后用蠕动泵将上述混合金属盐溶液与沉淀剂溶液分别打入反应釜混合，再加入络合剂调节pH值，持续搅拌反应生成沉淀，反应完全后陈化，再将陈化后的沉淀洗涤、干燥、粉碎过筛后得到前驱体；

S2煅烧：将上述前驱体与锂源研磨混合后，放置在马弗炉中烧结得到目标正极材料Li[Li_0.217Ni_0.146Co_0.058Mn_0.579]O₂。

通过采用上述技术方案，前驱体采用共沉淀法制备，再与锂源煅烧得到正极材料，该工艺简单、生产成本低，且该摩尔比下所得目标正极材料的结构稳定性强、循环稳定性及倍率性能好。

本发明进一步设置为：所述S1前驱体制备中混合金属盐溶液的金属离子总浓度为1-3mol/L，所述镍盐、钴盐和锰盐均为硫酸盐。

本发明进一步设置为：所述沉淀剂选用碳酸钠、氢氧化钠中的一种或多种，所述沉淀剂溶液的摩尔浓度与混合金属盐溶液中的总金属离子摩尔浓度相同。

本发明进一步设置为：所述络合剂选用氨水、碳酸氢铵中的一种或多种，其摩尔浓度为5-10mol/L。