[发明专利]一种锂离子电池高电压复合正极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池高电压复合正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、高电压、高负载能力、无记忆效应、无污染、循环寿命长、安全性优良等诸多优点，成为世界各国电源材料研发的重点。目前所使用的正极材料如LiCoO₂、LiMnO₄、LiNiO₂和LiFePO₄的电压都低于4V，限制了电池的功率。如果需要较高的电压时，就必须将多个以上述材料为正极的电池串联在一起使用，这样给维护和使用带来了很多的不便。如果能将正极材料的电压提高，那么上述问题就得到了很好的解决。近年来，随着耐高压电解液的研制成功，由过渡金属取代的具有尖晶石结构的LiM_xMn_2-xO₄(M：Cr、Co、Fe、Ni、Cu)，由于在4.5V以上有一个高的电压平台，具有更高的能量密度，而得到了人们的广泛关注。在这类材料中研究较多的是LiNi_0.5Mn_1.5O₄。

尖晶石型镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有高能量密度、高电压、资源丰富、价格便宜等优点。它在4.7V附近能可逆的嵌入和脱嵌锂离子，对应Ni²⁺/Ni⁴⁺的氧化还原，而且具有较高的理论比容量147mAh/g，高的能量密度690Wh/Kg。材料中的Mn⁴⁺不参与氧化还原反应，在晶格中起骨架的作用，而且可以消除由于Mn³⁺的形成引发的在循环过程中晶格的变形，使该正极材料可呈现出最好的循环稳定性。

高温煅烧是制备此种材料常用方法，但是当烧结温度高于700℃时，会出现氧缺失，致使少量的Mn⁴⁺还原成Mn³⁺，使得其在充放电过程中出现一个4V电压平台。而且LiNi_0.5Mn_1.5O₄在充放电过程中，当电压接近5V时，电极表面的电解液会不停的氧化分解，分解产物沉积于电极表面，阻碍锂离子的正常嵌入和脱出，随着循环次数的增加，有效的锂会越来越少，导致电化学性能恶化。所以要将正极材料商业化，解决以上问题迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池高电压复合正极材料制备方法，本发明提出的一种通过材料表面包覆Li_1+a[Ni_xCo_yMn_z]O₂的方法以提高锂离子电池正极材料的电化学稳定性。

本发明的一种锂离子电池高电压复合正极材料制备方法，包括前驱体的制备、前驱体的包覆、高温处理过程，具体操作步骤是：

(一)前驱体的制备

步骤一：按化学计量比分别称取镍源化合物和锰源化合物，在搅拌条件下用去离子水配制成Ni+Mn的浓度为0.1～4mol/L的镍锰混合溶液；

步骤二：配制浓度为0.1～10mol/L的NaOH溶液；

步骤三：配制浓度为0.1～20mol/L的氨水；

步骤四：将步骤一、二、三中分别配制的镍锰混合溶液、NaOH溶液以及氨水用计量泵分别连续输入到带搅拌的反应器中，控制反应器内反应液的pH值为8～14，控制反应温度为30～60℃，并对反应釜内的物料进行强烈搅拌12～24h，得到带有母液的球形前驱体Ni_0.5Mn_1.5(OH)₄；

(二)前驱体的包覆

步骤五：按化学计量比分别称取镍源化合物、钴源化合物和锰源化合物，在搅拌条件下用去离子水配制成Ni+Co+Mn的浓度为0.1～4mol/L的镍钴锰混合溶液；

步骤六：将步骤五、二、三中分别配制的镍钴锰混合溶液、NaOH溶液、及氨水用计量泵分别连续输入到装有步骤四中的母液的反应器中，控制反应器内反应液的pH值为8～14，控制反应温度为30～60℃，并对反应釜内的物料进行强烈搅拌12～24h；