[发明专利]锂镍锰氧材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂镍锰氧材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池。

背景技术

能量密度是评价锂离子电池性能的重要指标之一。而锂离子电池的能量密度除受到电极材料比容量等的影响外，还与电极材料的振实密度、压实密度等物理性能指标有关，因为振实密度越大，相同体积内材料的质量就越大，其所能存储的能量也就越多。LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料由于具有工作电压高、比能量高、资源丰富、价格便宜等优点，被认为是最具潜力的锂离子电池的正极材料之一，在混合动力汽车、纯电动汽车等领域有广阔应用前景。可见，提高LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的振实密度可以改善其性能。

现有的制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的方法通常是将镍锰前躯体与锂源混合，之后球磨粉碎、热处理得到产品；其中镍锰前躯体为镍锰氢氧化物，镍锰碳酸盐，镍锰草酸盐，镍锰醋酸盐等，锂源为碳酸锂，氢氧化锂，硝酸锂等。这种方法制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料振实密度只能达到2.0g/ml左右。

发明内容

本发明所要解决的技术问题包括，针对现有方法制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料振实密度不高的问题，提供一种可制备高振实密度的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的制备方法，包括：

准备镍锰前驱体，所述镍锰前驱体中镍含量与锰含量的摩尔比为1∶3，在400℃至750℃煅烧所述镍锰前驱体3小时至10小时，之后急冷；

将经急冷的煅烧产物与锂源混合并粉碎，混合物中锂含量与镍、锰总含量的摩尔比在1∶1.95至1∶2.1；

将粉碎产物在700℃至900℃下焙烧5小时至15小时，再于600℃至700℃退火10小时至24小时，冷却至室温得到LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。

本发明的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的制备方法中，增加了对镍锰前躯体进行预烧(即煅烧)和急冷的步骤，使镍锰前躯体在与锂源混合前就转变为氧化物形式，其与锂源反应时的形态、密度、过程等都发生了变化，同时本方法还对与锂源反应的过程进行了调整，从而保证最终制得的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的振实密度高。

优选的是，所述镍锰前躯体为镍锰氢氧化物、镍锰碳酸盐、镍锰草酸盐、镍锰醋酸盐中的任意一种。

优选的是，所述煅烧的温度在500℃至650℃，时间在5小时至8小时。

优选的是，所述急冷为通过液氮冷却或水冷却急冷至室温。

优选的是，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的任意一种。

优选的是，所述粉碎为球磨粉碎或研磨粉碎。

优选的是，所述焙烧的温度在750℃至850℃，时间在8小时至12小时；所述退火的温度在625℃至675℃，时间在14小时至20小时。

优选的是，所述冷却至室温为随炉冷却至室温。

本发明所要解决的技术问题还包括，针对现有的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料振实密度低的问题，提供一种振实密度高的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，其是通过上述方法制备的，且其振实密度在2.4g/ml至2.6g/ml之间。

由于本发明的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料是通过上述方法制备的，故其振实密度高，同时其比容量、循环容量保持率等性能也均很好。