[发明专利]一种高电压锂电池正极材料氧化镍锰锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，为一种新型锂离子电池高电压正极材料尖晶石氧化镍锰锂的制备方法。

技术背景

锂离子电池因其具有优良的性能已被广泛应用于笔记本电脑、手机、摄像机等消费电子产品和无线通信产品、数字娱乐产品等领域。随着人们对能源、环境等问题的日益重视，目前锂离子电池正向以电动工具、电动汽车为代表的“移动机械产品”的动力电池市场发展。这一发展必将为推动锂离子电池第二轮高速增长提供容量巨大的新市场。

锂离子电池的四大关键材料是正极材料、负极材料、电解液和隔膜。可供选择的材料有钴酸锂(LiCoO₂)，镍酸锂(LiNiO₂)，锰酸锂(LiMnO₄)及上述复合氧化物、磷酸铁锂等。

钴酸锂材料是最早取得商业化应用且技术最为成熟的锂离子电池正极材料，广泛应用于小型电器如手机电池、笔记本电池等。由于受资源、成本价格和安全问题的制约，使其难以在大容量动力电池中得到应用。因此，在锂离子电池正极材料方面，成本和使用安全问题必须加以有效的解决。

尖晶石锰酸锂正极材料具有良好的热稳定性和安全性，且具有较宽泛的温度适用范围(温度适用范围-40-80℃)，同时又因其价格低廉成为锂离子动力电池的理想正极材料之一，

但是尖晶石锰酸锂的充放电循环性能差，容量衰减很快。通常认为其中的主要原因是Mn³⁺的存在产生了Jahn-Teller效应，材料在充放电过程中发生晶格畸变，造成体积收缩或膨胀。采用过渡金属Ni对Mn进行掺杂，生成尖晶石相氧化镍锰锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)，可以提高电池的放电电压，达到4.7V左右(锂对电极)，充分抑制了Jahn-Teller效应的发生，有效地提高了电极的循环寿命。高电压正极材料的优点是可以获得高的功率密度。

尖晶石氧化镍锰锂的合成方法主要有：固相反应法、溶胶-凝胶法、高温熔盐法、乳胶干燥法、沉淀法、超声波喷雾高温分解法、聚合物高温分解法等。用固相法制备尖晶石氧化镍锰锂具有制备过程简单，反应物和产物的成份容易控制，以及适合产业化生产等诸多优点。但是制备过程中容易产生NiO和Li_zNi1_-4O等不纯的非尖晶石杂相物质，影响产品的纯度以及材料的电化学性能，最终影响锂离子动力电池的容量发挥以及循环寿命。

发明内容

本发明的目的是针对常规固相制备方法中存在的原料混合不均、产品纯度不高，批次稳定性难以控制等问题，提供一种成本较低，工艺简单，产品质量稳定，且容量和循环性能均满足锂离子动力电池要求的高电压正极材料制备方法。在保证容量发挥和循环性能的前提下，得到一种放电平台电压在4.7V左右的氧化镍锰锂正极材料。

本发明为一种高电压锂电池正极材料氧化镍锰锂的制备方法，其特征在于：

将含镍源化合物、锰源化合物和锂源化合物按照化学计量比Ni∶Mn∶Li＝0.5∶1.5∶1.05混合后，加入溶剂，形成含锂、镍、锰化合物的透明溶液，所选的含镍化合物为硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或两种以上，所选的含锰化合物为硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰、氯化锰中的一种或两种以上，所选的锂源化合物为醋酸锂、氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂中的一种或两种以上；所选溶解原料用溶剂为乙醇、乙二醇、乙酸乙酯、乙醇酸中的一种或两种以上；于60℃-90℃下减压蒸发，得到粘稠状透明溶胶，将透明溶胶于70℃-100℃真空干燥12-24小时，得到泡沫状干凝胶；将干凝胶于300℃-450℃，焙烧3-8小时，得灰色前驱体，而后将前驱体于700℃-900℃下焙烧8-16小时，并于550℃-650℃下退火1-30小时，随炉冷却后经粉碎、二次造粒后得到灰黑色产品。

按照本发明所述的方法，其特征在于：