[发明专利]高压锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法。

背景技术

为应对世界性的能源危机，各国政府积极推动以电动汽车为主的新能源汽车的发展。动力电池是电动汽车的重要组成部分．直接影响着电动汽车性能。锂离子电池有工作电压高、无记忆效应、自放电率小、能量密度大和循环寿命长的显著优点，作为动力电池，有广泛的应用前景。

在目前的几种主流的正极材料中，磷酸亚铁锂由于低温性能和批次稳定性无法满足动力电池的需要，锰酸锂较差的高温性能和三元材料的安全性(高镍含量)也无法单独作为动力电池的正极材料。在正极材料中，尖晶石型正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有较高放电平台（4.7V）和较高容量(理论比容量146.7 mAh/g)，以及优异的结构稳定性、丰富的资源、廉价的成本以及环境友好等优点。且高温下的循环稳定性也比锰酸锂有了质的提升，并可兼容工作电压较高的负极材料来提高电池安全性能，因此其作为动力电池材料具有广泛的应用前景。

LiNi_0.5Mn_1.5O₄有两种空间群，分别为P4₃32向Fd3m，其中空间群为Fd3m的LiNi_0.5Mn_1.5O_4-x有更好的电化学性能，特别是在高倍率下循环时有低的阻抗和高的放电容量。制备方法对材料的结构、杂质含量、结晶度、微观形貌、颗粒尺寸、粒径分布等有很大影响，从而影响其性能。目前LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备方法主要有固相法和液相法等。固相法工艺简单，是制备LiNi_0.5Mn_1.5O₄的常用方法，制备工艺简单，将一定比例的固体的锂源、镍源和锰源球磨混合，然后进行煅烧，但此方法制备的材料不均一，颗粒尺寸大。高的焙烧温度会导致如NiO或Li_xNi_1?xO杂质的出现，而调低温度会使产品的结晶度低。液相法包括共沉淀法、溶胶凝胶法和熔盐法等，可以将原料混合均一，制备颗粒尺寸小的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料，但此方法工艺复杂，颗粒尺寸小使其有大的比表面积，与电解液副反应严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂的制备方法，通过锂镍锰的液相混合，实现材料均一，通过控制水热过程，得到适当大小、形貌的前驱体颗粒，烧结得到镍锰酸锂材料。

本发明按照如下步骤制备锂离子电池正极材料尖晶石型镍锰酸锂：

一、按摩尔比Li:Ni:Mn=1~1.1:0.5:1.5称锂源、镍源和锰源，溶于去离子水，搅拌均匀得到溶液A；

二、向溶液A中加入一定量的添加剂，锂盐与添加剂摩尔比为0.1~1，搅拌均匀得到溶液B；

三、室温下，在搅拌的同时向溶液B中缓慢滴加一定量的沉淀剂，锂盐与沉淀剂摩尔比为0.1~0.4，得到混合物C；

四、将混合物C转移到水热反应釜中，在120~240℃下反应5~15 h，然后在60~80℃下搅拌蒸发，干燥得到前驱体；

五、将前驱体放入马弗炉空气气氛中，在300~500℃下预烧3~8 h，然后升温至700~1000℃煅烧8~20 h，以0.5~1℃/min的速度降温，得到镍锰酸锂材料。

上述制备方法中，所述的锂源为醋酸锂、硝酸锂、乙醇锂、甲酸锂、碳酸锂中的一种或多种的混合物。

上述制备方法中，所述的镍源为醋酸镍、羰基镍、甲酸镍和硝酸镍中的一种或两种的混合物。

上述制备方法中，所述的锰源为醋酸锰、甲酸锰和硝酸锰中的一种或两种的混合物。

上述制备方法中，所述的添加剂为乙醇、聚乙二醇、草酸、聚丙烯酸、2-乙基乙酸、乙二胺四乙酸、1,2,4-1H-三唑和间苯二酚中的一种或两种的混合物。

上述制备方法中，所述的沉淀剂为碳酸氢铵、碳酸铵、尿素和草酸铵中的一种或两种的混合物。