[发明专利]一种球形N1/4Mn3/4CO3前驱体及镍锰酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及锂离子电池正极材料镍锰酸锂及其前驱体的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有工作电压高、工作范围宽、比能量大、无污染、使用寿命长等优点，从未来发展趋势来看，其拥有广阔的应用前景。在锂离子二次电池技术领域，正极材料由于发展相对滞后，逐渐成为研究的热点与难点。目前研究最多的正极材料主要分为两大类：锂-过渡金属氧化物正极材料及聚阴离子型正极材料，主要包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、Li[Ni_xCo_yMn_1-x-y]O₂、LiFePO₄与LiMnPO₄等。其中，尖晶石结构的镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)具有三维扩散通道，有利于锂离子的传输，且其结构稳定，理论放电比容量可达147 mAh/g。更重要的是，其电压平台为4.7V左右，拥有更高的能量密度与功率密度，被认为是未来锂离子电池发展中最具前途与吸引力的正极材料之一。

 众所周知，材料的性能与其形貌密切相关。研究表明，球形材料不仅振实密度高，而且还具有优异的流动性、分散性和可加工性能，已经成为锂离子电池正极材料的重要发展方向。专利(公开号101335348)公开了一种共沉淀法制备球形镍锰酸锂的方法，但其需要加入一定量的络合剂，并需小心控制加料速度，反应液的温度与pH值。专利(公开号102299324A)t提出了一种新的制备球形镍锰酸锂的方法，但其采用的是高压水热反应，且需加入一定量的添加剂，条件比较苛刻。另外，由于NiCO₃与MnCO₃溶度积差异，对于传统共沉淀法制备的Ni_xMn_yCO₃前驱体，产物中Ni含量往往会低于投料时的Ni含量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有Ni_0.25Mn_0.75CO₃球形前驱体制备方法存在的条件比较苛刻、工艺比较繁琐、需加入一定量的添加剂、对设备要求较高且Ni/Mn不能按所需比例沉降等问题，提供一种工艺简单可控、反应时间短、设备简单廉价且确保Ni/Mn比符合要求的一种制备方法。而且通过锂化，可以成功制备出球形形貌的镍锰酸锂正极材料。

本发明的上述问题主要是通过以下技术方案得到解决：

1. 一种球形Ni_0.25Mn_0.75CO₃前驱体及镍锰酸锂的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、配制浓度为10-40 g/L的可溶性镍盐、锰盐混合溶液，其中镍占总金属离子的摩尔百分含量为45%-47%，溶剂选用水与乙醇的混合体系，两者体积比为V_水:V_乙醇=5-10:1；

步骤2、配制浓度为50-200 g/L的碳酸氢铵溶液；

步骤3、在5-10 ℃低温条件下，无需加入任何络合剂，直接将步骤1配制的溶液和步骤2配制的溶液等体积加入反应器中，保持搅拌速度为80-180 rpm/min，反应2-5 h，得到沉淀；

步骤4、将上述沉淀物过滤，用去离子水洗涤，将滤饼烘干，即得到球形Ni_0.25Mn_0.75CO₃前驱体。

上述的镍盐可为硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍或氯化镍。

上述的锰盐为硝酸锰、硫酸锰、乙酸锰或氯化锰。

一种锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备方法，包括所述的步骤1至步骤4，还包括步骤5；步骤5、将所得的球形Ni_0.25Mn_0.75CO₃前驱体与锂源混合均匀，再在氧气或空气气氛中高温煅烧得到球形LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料。

上述的锂源为氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂或草酸锂。

本发明的优点和积极效果有：