[发明专利]一种包覆型尖晶石锰酸锂复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池锰酸锂正极材料领域，尤其涉及尖晶石锰酸锂复合正极材料的制备方法技术领域。

背景技术

尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄是Hunter在1981年首先制得的具有三维锂离子通道的正极材料，至今一直受到国内外很多学者及研究人员的极大关注，它作为电极材料具有价格低、电位高、环境友好、安全性能高等优点，是最有希望取代钴酸锂LiCoO₂成为新一代锂离子电池的正极材料。

但现有技术条件尖晶石型锰酸锂所制得二次锂离子电池在高温（50-60℃）下循环充放电过程中，存在以下问题：由于电解液在高压区与尖晶石型锰酸锂的相容性差，电解液易在其表面分解，而减少已封装电池中的传导介质量，尖晶石型锰酸锂中的Mn³⁺易发生歧化反应生成Mn2+和Mn4+，其中Mn2+易溶于电解液而不断减少，从而促使反应向分解的方向进行，使得尖晶石型锰酸锂中的Mn³⁺大量损失，进而降低了电池的电容量。

另外，尖晶石锰酸锂（LiMn₂O₄）还存在与生俱来的问题，即循环性能差，容量衰减很快，通常认为主要原因是Mn3+的存在产生了Jahn-Teller效应，材料在充放电过程中发生晶格畸变，造成体积收缩或膨胀。

发明内容

本发明的目的就是解决上述有关尖晶石锰酸锂（LiMn₂O₄）存在的缺点，提供一种包覆型的尖晶石锰酸锂正极材料的制备方法，以达到提高尖晶石锰酸锂的循环性能的目的。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

提出一种包覆型尖晶石锰酸锂复合正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将摩尔比为3：1的可溶性锰盐和可溶性镍盐用纯水溶解得到一定浓度的混合溶液A；

（2）配制一定浓度的沉淀剂B；

（3）将锰酸锂前驱体和纯水搅拌均匀，放入共沉淀反应釜中；

（4）将上述两种溶液A、B同时加入共沉淀反应釜，在适当的PH值、温度、搅拌速度下进行沉淀反应，得到包覆型的锰酸锂前驱体浆料，然后洗涤，干燥，得到包覆前驱体；

（5）将锂盐与上述包覆前驱体按摩尔比Li：M=0.48～0.6混合至均匀,其中M指包覆型前驱体的总金属含量；

（6）烧结：将得到的混合物进行高温煅烧，温度范围700-1000℃，煅烧时间2-24小时，然后冷却至室温，粉碎，过筛得到锂离子电池正极材料。

所述混合溶液A的浓度范围在0.05-2mol/L。

所述沉淀剂B的浓度范围为0.05-2mol/L。

其中包覆材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄与核材料LiMn₂O₄的摩尔比为0.01-0.2。

所述步骤（3）中锰酸锂前驱体选自二氧化锰、四氧化三锰、三氧化二锰、氢氧化锰、碳酸锰中的一种。

本发明所涉及可溶性镍盐选自硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种，所述可溶性锰盐选自硫酸锰、硝酸锰、氯化锰中的一种或几种，所述沉淀剂选自氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或几种。所述锂盐选自碳酸锂、氢氧化锂、氟化锂中的一种或几种。

与现有领域同类制备方案相比，本发明有以下优势：通过包覆LiNi0.5Mn1.5O4，尖晶石锰酸锂的工作电压为4.0V，同样是尖晶石结构的氧化镍锰锂LiNi0.5Mn1.5O4，工作电压为4.6V，且LiNi0.5Mn1.5O4中Mn为正四价，不会发生Jahn-Teller效应。将高工作电位的材料包覆在低工作电位的材料外面，阻隔被包覆材料与电解液反应，大大提高尖晶石锰酸锂的高温循环性能，同时不会引起由包覆非活性物质如氧化铝等引起的极化大，倍率差的问题。

附图简要说明：

图1为本发明实施例一所制得包覆型的锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂电镜图。

图2为本发明实施例二所制得包覆型的锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂电镜图。

图3为本发明实施例三所制得包覆型的锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂电镜图。

图4为比较例一锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂LiMn2O4电镜图。

图5为比较例二锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂LiMn2O4电镜图。