[发明专利]一种高容量固溶体类复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域中的一种高容量固溶体类复合正极材料的制备方法

背景技术

锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长、安全性能好等优点，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术等领域有广阔的应用前景。开发高能量密度和高功率密度锂离子电池是目前的研究热点。由于常用的锂离子电池正极材料，如LiFePO₄、LiCoO₂、LiMn₂O₄等的理论容量较低(＜200mAh/g)，不能满足动力电池容量发展的需要，因此，近年来容量高达200～250mAh/g的固溶体类复合正极材料引起人们的高度关注，被认为是新型高容量、高能量密度锂离子电池的热点候选正极材料之一。目前最常用制备此类固溶体材料的方法是共沉淀和固相烧结联用，其操作烦琐，处理工序多。本发明采用一种简单熔盐法制备固溶体类复合正极材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.5Ni_0.5O₂(x＝0.1～1.0)，该制备方法简单、实用、高效、成本低，所制备的材料具有特殊的颗粒形貌和优异的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高容量固溶体类复合正极材料的制备方法。

本发明提供的一种高容量固溶体类复合正极材料的制备方法，其特征在于：采用该方法制备的高容量固溶体类复合正极材料的通式为xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.5Ni_0.5O₂，x＝0.1～1.0，其一次粒子具有纳米颗粒结构，平均粒径为150～250nm，比表面积为0.10～0.80m²/g；该制备方法包括以下步骤：

(1)首先根据复合材料xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_0.5Ni_0.5O₂，x＝0.1～1.0的组成，按照摩尔化学计量比称取锂盐、锰和镍盐，将混料研磨或者球磨；

(2)在步骤(1)中得到的混料中按氢氧根：总的金属离子＝(2.5～3.5)∶1的比例加入氢氧化物；

(3)将步骤(2)所得混合物研磨或者球磨，干燥处理，处理后得到灰白色块状物质；

(4)将步骤(3)获得的灰白色的块状物质研磨充分后，进行热处理，加热处理分为两步，先在低温下加热处理一段时间，而后升温到高温下热处理一段时间，随炉冷却至室温获得灰黑色的块状物质，将该物质用去离子水多次洗涤得到剩余物；

(5)将步骤(4)得到的剩余物进行干燥处理，获得初级产物；

(6)将步骤(5)获得的初级产物压片后在低温下加热处理一段时间，然后升温到较高的温度热处理一段时间，最后将处理后的物质在冷却，即可获得最终的固溶体类复合材料，该材料可以作为锂离子电池的正极材料。

上述步骤(1)中所述的锂盐为乙酸锂、硝酸锂、氯化锂中的一种或几种；所述的锰盐为乙酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种；所述的镍盐为乙酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种。

上述步骤(2)中所述的氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙中的一种或几种。

上述步骤(3)中研磨或球磨处理的时间为2～10h；干燥处理的温度为160℃～200℃，处理时间为2～12h。

上述步骤(4)中加热处理的两个步骤中，低温热处理温度为300～350℃，处理时间为8～12h，高温热处理温度为800℃～1000℃，处理时间为8～20h。

上述步骤(5)中干燥处理的温度为160℃～200℃，处理时间为2～12h。

上述步骤(6)中低温热处理温度为450～550℃，处理时间为3～6h；高温热处理温度为800℃～1000℃，处理时间为8～20h；冷却使用的方式有室温下淬火、液氮中淬火、冰水混合物中淬火，淬火处理后得到的样品即为最终产物固溶体类复合正极材料，其可作为锂离子电池正极材料。