[发明专利]一种共沉淀-水热联用制备富锂锰基正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种共沉淀‑水热联用制备富锂锰基正极材料的方法。首先使用硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰作为镍源、钴源和锰源，将其溶于去离子水中形成均一浅桔色透明的溶液，再向上述溶液分别加入一定量的络合剂氨水以及沉淀剂氢氧化钠，采用共沉淀与水热相结合的制备方法，得到Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13(OH)₂前驱体。使用碳酸锂作为锂源烧结，待其自然冷却，即可得到该正极材料。本工艺过程简单，原料来源广泛，有利于大规模工业生产，且本发明将共沉淀法与水热法相结合，得到富锂锰基正极材料，该材料的电化学性能与传统共沉淀法制备出的材料的电化学性能相比得到了明显的提高，在0.2C倍率，循环50圈后，容量仍保持在201.2mAh·g^‑1。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂的制备方法。

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。因此，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。从目前的技术来看，通过降低电芯中非活性物质的质量比来提高电池的能量密度，几乎已经达到了技术的极限，采用具有更高能量密度的正极材料是提高电池能量密度更为有效的技术途径。

在已知正极材料中，富锂锰基正极材料放电比容量达250mAh·g^-1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，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，合成锂离子三元正极材料的主要方法有共沉淀法，水热法，溶胶凝胶法，高温固相法等，溶胶-凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需要材料，但是使用该方法制备出的三元正极材料电化学性能不尽人意。共沉淀法可以精确控制各组分的含量，使不同元素之间实现分子原子级水平的均匀混合，容易制备出与起始设计元素比例相同的材料。相比于其他方法，共沉淀法制备的材料，具有振实密度高、流动性好、电化学性能稳定和重现性好的特点，但是共沉淀法制备出的颗粒较大，粒径不均匀，水热法是通过原料化合物与水在一定的温度和压力下进行反应，并生成目标化合物的一种粉体制备方法，水热法具有物相均一、产物粒径小、形貌可控等优点，因此采用水热法与共沉淀法相结合的制备方法，结合二者优点，实验证实可使材料的电化学性能得以提高。

发明内容

本发明提供一种富锂锰基正极材料的制备方法，以制备出粒径较小，分散均一的Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂锂离子电池正极材料，提高材料的电化学性能，改善材料的倍率性能和循环性能。

实现本发明的目的的技术解决方案是：一种采用水热法与共沉淀法相结合制备Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂富锂锰基正极材料的方法，包括下列步骤：