[发明专利]正极材料LiMxNiyMn2-x-yO4的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池高电压正极材料领域，特别涉及一种LiM_xNi_yMn_2-x-yO₄ 的制备方法。

背景技术

近年来，环境和能源危机日益突出，迫使人们加快开发新能源的步伐。锂离子电池因具有比能量高、无记忆效应、绿色环保等优点而成为研究的热点，经过多年的研究开发，已在正极、负极、电解质、隔膜等影响锂离子电池性能的材料上取得突破，并进入实用化阶段。随着新能源汽车等高负荷用电工具的发展，要求锂离子电池具有更高的能量密度和功率密度，可通过优化、改进现有锂离子电池材料或开发新型锂离子电池材料来实现上述目的，对于锂离子电池的正极材料而言，可从提高电压着手。LiM_xNi_yMn_2-x-yO₄正极材料具有4.7V左右的电压平台，且倍率性能较好，能量密度和功率密度都比目前主流正极材料高，有望成为新一代主流锂离子电池正极材料。

目前制备LiM_xNi_yMn_2-x-yO₄正极材料的方法主要包括共沉淀法、高温固相法、溶胶-凝胶法以及喷雾干燥法。其中共沉淀法得到的材料虽然电化学性能较好，但是该法操作较为繁琐且工艺不易控制；高温固相法通过固相混合，存在原料混合不均匀的缺点，导致合成材料的一致性较差，电学性能不好；溶胶-凝胶法的工艺非常复杂，不利于工业化生产；喷雾干燥法的能耗较大，且所合成的材料粒径较大，电化学性能较差。燃烧法是指将原料与燃料混合均匀后，点燃燃料放出能量使原料进行反应，传统的燃烧法将原料与燃料混合后逐渐升温达到燃料的燃点进行燃烧，一方面由于燃烧剧烈程度不一致容易造成材料粒径分布不均且结晶度不一致，进而需要对燃烧产物进行长时间的高温回火处理，能耗高；另一方面由于局部燃烧过于剧烈，工艺难以控制且影响产品收集。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池正极材料LiM_xNi_yMn_2-x-yO₄的制备新方法。此方法不仅工艺简单，操作方便，能耗低，便于工业化生产，而且此方法制备的材料颗粒细小、粒径分布均匀，电化学性能好。

本发明所述锂离子电池正极材料LiM_xNi_yMn_2-x-yO₄的制备方法，工艺步骤如下：

（1）前躯体浆料的配制

按照化学式LiM_xNi_yMn_2-x-yO₄的配比计量Li、Ni、Mn及掺杂金属M的盐并放入反应器中，然后加入水形成混合液，所述化学式中，0≤x≤0.3、0<y≤0.5，所述水的加入量以各组分能完全溶解为限；按照燃料与所述Li的摩尔比=0.5~2.5 : 1计量燃料并放入容器中，然后加入水形成燃料溶液，所述水的加入量以燃料能完全溶解为限；将燃料溶液加入所述混合液中，先在常压、50℃至低于80℃搅拌5~10h，再升温至90~95℃并搅拌至发泡，或者直接在常压、80~95℃搅拌至发泡，得前躯体浆料；

（2）喷雾燃烧制备前驱体粉末

将步骤（1）配制的前驱体浆料输入燃烧塔，通过高压空气将所述前驱体浆料雾化，在燃气及压缩空气的作用下雾化状的前驱体浆料被燃烧，燃烧产物即为前驱体粉末；

（3）煅烧

将步骤（2）制备的前躯体粉末在常压、600~1000℃回火处理1~10h，然后自然冷却至室温，即得到LiM_xNi_yMn_2-x-yO₄。