[发明专利]锂离子电池高电压正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，特别是一种锂离子电池 的高电压正极材料的制备方法。

背景技术

随着高电压电解液的进一步开发及离子液体等新型耐高压电解液的研发和 产业化，过渡金属镍、铬、铜、钴取代锰的尖晶石结构LiM_xMn_2-xO₄材料引起了 人们的广泛重视。因为它们在4.5V以上存在一个电位平台，特别是 LiNi_0.5Mn_1.5O₄，在4.7V附近有较理想平台，而且具有较高的容量及较好的循环 性能，理论容量为146.7mAh/g。在目前所用的正极材料中具有最高的能量密度， 是电话、笔记本电脑、便携式测量仪等便携式电子电器的首选电源，也可广泛 地应用于各种小型移动工具上，在电动汽车EV和混合电动汽车HEV电源方面 也有着巨大的应用前景。现有技术的LiM_xMn_2-xO₄制备方法采用固相法、共沉淀 法或溶胶凝胶法，固相法很难保证原料混合均匀，获得材料容易生成不纯相， 而且烧结温度高，能源消耗大，环境污染大；共沉淀法或溶胶凝胶法存在工艺 复杂，产品一致性差的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池高电压正极材料的制备方法，要解决 的技术问题是提高正极材料的倍率充放电性能。

本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池高电压正极材料的制备方法， 包括以下步骤：一、在搅拌速度300～800rpm的条件下，将5～6mol KOH加入到 90～300ml浓度为0.03～0.1M的KMnO₄溶液中，形成混合热液；二、在搅拌速度 300～800rpm的条件下，将4～20ml浓度为1～6M的Mn²⁺锰源溶液加入到上述混合 热液中，持续搅拌直至混合溶液冷却到室温，得到混合溶液；三、将混合溶液 装入反应釜中，以升温速度5～10℃/min，在150～175℃下保温24～48小时后，自 然冷却至室温，得到混合物；四、将混合物过滤得到第一次沉淀物，用去离子 水洗涤沉淀物3～5次，真空度小于0.085MPa条件下，500～650℃干燥12～24小时， 获得前躯体；五、将1g前躯体加入到浓度为0.01～0.5M过渡金属源化合物溶液100 ～5000ml中，在室温下转速500～1000rpm搅拌5～7天，滤得到第二次沉淀物，去 离子水洗涤3～5次，真空度小于0.085MPa条件下，80～120℃干燥12～24小时，获 得过渡金属交换型产物；六、将1g过渡金属交换型产物与浓度为0.48～3.5M的氢 氧化锂溶液50～200ml混合，搅拌转速为300～500rpm，搅拌30～60分钟，装入反 应釜中，升温速度5～10℃/min，在150～200℃下保温12～48小时，然后自然冷却 至室温，过滤得到第三次沉淀物，用去离子水洗涤3～5次，真空度小于0.085MPa 条件下，80～120℃干燥12～24小时，自然冷却，得到锂离子电池高电压正极材料。

本发明的锰源化合物为硝酸锰、乙酸锰、草酸锰、硫酸锰和氯化锰中的一 种以上。

本发明的混合溶液含有Mn²⁺与MnO₄^-，Mn²⁺与MnO₄^-的摩尔比为2∶1。

本发明的混合物为包含K_nMnO₂·mH₂O纳米片状混合物，其中n＝ 0.32～0.33，m＝0.5～0.8。

本发明的第一次沉淀物是K_nMnO₂·mH₂O沉淀物。

本发明的前躯体为片层状前躯体K_nMnO₂，其中n＝0.32～0.33。

本发明的过渡金属源化合物为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种以上，或 硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中一种以上。

本发明的过渡金属交换型产物为M_yMn_1-yO₂产物，其中y≤0.25，M为Ni、 Co中的任一种或两种。