[发明专利]一种具有单晶结构的富锂锂电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种具有单晶结构的富锂锂电池正极材料，属于锂离子电池正极材料领域。本发明所述方法为将过渡金属盐、钠盐和锂盐化合物制备成混合金属离子溶液，将柠檬酸溶于乙二醇中搅拌溶解，然后加入金属离子溶液，搅拌溶解形成混合溶液，然后制备成凝胶；将凝胶在真空环境中干燥，然后取出研磨，煅烧得到钠前驱体；将钠前驱体与混合锂盐在250~300℃下反应3~5h，之后取出过滤，清洗，干燥即得到最终产物。本发明所述方法制备得到的材料颗粒大小为纳米级别单晶颗粒，振实密度高，颗粒均匀细小，其二维（2D）纳米结构具有开放性的优势；所述方法方便简单，适合于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种具有单晶结构的富锂锂电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料领域。

背景技术

锂离子电池（LIB）的变革性质已经彻底改变了现代社会，并将通过在电动汽车和消费电子产品中的广泛使用来进一步塑造我们的未来。这些应用中实施锂离子电池的核心是实现高能量密度，这受锂电池阴极材料的限制。层状富锂正极材料x Li 2 MnO 3•（1- x）LiMO 2（M =过渡金属），由于高比容量（约250 mAhg -1）和低成本，而被认为是最有希望的正极材料之一。然而，表面微观结构的同时触发的重排导致固有的较差的速率能力和富锂阴极材料的适度循环稳定性。

为克服这些问题已付出了许多努力；分层3D结构的形态设计，例如纳米级初级粒子的组装，在解决电极材料的一些主要问题（例如材料稳定性和传质）方面显示出重要作用。但是这种结构，其内部间隙多，结构缺陷明显，单位极片在辊压过程中容易发生破碎，造成后期电池容量衰减，压实密度受到极大限制，其制备工艺环境要求比较苛刻，同时也增加了加工难度，限制能量密度的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有单晶结构的富锂锂电池正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将过渡金属盐、钠盐和锂盐化合物制备成混合金属离子溶液，将柠檬酸溶于乙二醇中搅拌溶解，然后加入金属离子溶液，搅拌溶解形成混合溶液，然后制备成凝胶；

（2）将凝胶在真空环境中干燥，然后取出研磨，并在空气中以450~500℃煅烧4~6h，将料取出后再次研磨，然后在750~900℃煅烧8~12h，得到钠前驱体；其中升温速度为5℃/min；

（3）将钠前驱体与混合锂盐在250~300℃下反应3~5h，之后取出过滤，清洗，干燥即得到最终产物，其中，钠前驱体与混合锂盐的摩尔比为1:2~5。

优选的，本发明步骤（1）中所述过渡金属盐为锰盐和镍盐的混合物或者锰盐和钴盐的混合物，其中所述锰盐为硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种；所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种；所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种；所述钠盐可以是氢氧化钠、乙酸钠中的一种。

优选的，本发明步骤（1）中所述钠盐为氢氧化钠、乙酸钠中的一种。

优选的，本发明步骤（1）中所述锂盐为醋酸锂，氯化锂中的一种。

优选的，本发明步骤（1）中乙二醇、柠檬酸、金属离子总量的摩尔比为4:2:1~4:3:1。

优选的，本发明所述制备凝胶的具体过程为：将混合溶液在旋转蒸发仪80~90℃旋蒸，制备成凝胶，其中蒸发仪转速为60~70rpm。

优选的，本发明步骤（2）中凝胶的干燥条件为：80~100℃的真空干燥箱干燥8h以上。

优选的，本发明步骤（3）中所述混合锂盐为硝酸锂和氯化锂，其中硝酸锂和氯化锂的摩尔比为为0.88:0.12。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述方法制备了一种具有单晶结构的富锂锂电池正极材料，材料颗粒大小为纳米级别单晶颗粒，振实密度高，颗粒均匀细小，单晶材料在结构稳定性是具备很大的优势；通过适应剧烈的体积演化，电子和离子的传输路径，高活性表面积和出色的结构稳定性，使其适用于超高速率和循环稳定的锂存储。