[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

近年来，随着能源、环境问题的日益严峻以及电子产品轻型化的要求，科研人员对锂离子电池的研究不断深入。由于商业化的锂离子电池正极材料LiCoO₂价格高、有毒性，科研人员一直努力寻找其替代品。锰酸锂由于其价格低廉、无毒而倍受关注。而含有镍的LiNi_0.5Mn_1.5O₄充放电过程中主要存在4.7V的平台，对应Ni²⁺/Ni⁴⁺的氧化-还原过程，还有极小的4V平台，对应于Mn³⁺/Mn⁴⁺的氧化-还原过程。由于LiNi_0.5Mn_1.5O₄的理论比容量可达到146.7mAh/g，有希望作为动力电池材料，成为当今锂离子电池材料研究的热点。

目前LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的制备方法有很多种，主要有固相法、共沉淀法、共沉淀-固相合成法、复合碳酸盐法、溶胶-凝胶法、熔盐法、乳液干燥法及超声喷雾高温分解法等。

在共沉淀-固相合成法中，共沉淀是通过沉淀剂将镍前驱体、锰前驱体转化成共沉淀镍锰复合物，例如Ni_0.5Mn_1.5(CO₃)₂、Ni_0.5Mn_1.5(OH)₄等，该过程中影响镍锰复合物生成的因素很多，例如：反应物的选择、沉淀剂的选择、反应过程的pH值，以及镍锰复合物的高温预处理等，这些处理工艺对获得性能优良的镍锰复合物十分关键，并最终影响到电极材料的性能。固相合成步骤中原料的处理，例如：镍锰复合物和锂源的混合均匀性，以及烧结工艺的控制也是影响制备电极材料循环性能的重要因素。

中国专利申请号：CN201010045604.X，一种5V锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄的合成方法，采用草酸盐共沉淀-固相合成法合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，0.1C倍率充放电，首次比容量为130mAh/g左右。

本发明通过选取适当的工艺参数获得了性能优良的镍锰复合物，并对镍锰复合物进行了高温预处理，获得了性能较好的锂镍锰氧材料，从而使锂镍锰氧材料和由其制备的锂离子电池的比容量和循环性能得到较大提高。

发明内容

本发明的目的是解决现有共沉淀-固相合成法制得的锂镍锰氧材料和由其制备的锂离子电池的比容量和循环性能低下的问题，提供一种锂离子电池材料的制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种锂镍锰氧材料的制备方法，包括：

1）共沉淀制备镍锰复合物步骤：

按物质的量比例Ni︰Mn=1︰3配制镍前驱体和锰前驱体的混合物水溶液，向混合物水溶液中加入碱性pH值调节剂，将pH值控制在10.1~10.5，得到前驱体Ni_0.5Mn_1.5(OH)₄；

2）前驱体Ni_0.5Mn_1.5(OH)₄预处理步骤：

将所述前驱体Ni_0.5Mn_1.5(OH)₄以1~10℃/min的升温速度加热到400~600℃，保温2~12h，进行预处理，得到镍锰氧化合物，按物质的量比例Li︰Ni︰Mn=1.05～1.02︰0.5︰1.5将锂源和镍锰氧化合物混料得固体混合物，粉碎，得粉碎混合物；

3）固相合成步骤：

将步骤2）所得的粉碎混合物干燥，在含氧气氛下烧结，以0.5~10℃/min的升温速度加热到800~950℃，煅烧2~24h；再以0.5~10℃/min的降温速度降至500~700℃，退火2~24h，最后自然降温至室温，即得到锂镍锰氧材料。

优选的是，所述的粉碎为球磨粉碎或研磨粉碎。