[发明专利]一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，涉及一种镍锰酸锂正极材料、其制备方法和用途，具体涉及一种改性的镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_0.5O₂)正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应等优点，目前已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和储能电站等领域。

在锂离子电池的组成部分中，正极材料是制约其性能的关键因素。目前，作为商业化主流锂离子正极材料之一的LiCoO₂，尽管理论容量较高，为270mAhg^-1，但其实际容量约为140mAhg^-1，仅为理论容量的一半，且钴价格昂贵，毒性较大，会产生环境污染。

因此，开发可替代的新型正极材料具有重要意义。层状镍锰酸锂正极材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂具有理论容量高(约280mAhg^-1)，热稳定性优异，材料来源丰富，环境污染小等优点，正受到国内外研究者的广泛关注。然而，LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料也存在一些缺点，如Li/Ni离子混排严重，电子导电率较低，结构稳定性有待提高，使得该材料的倍率性能和循环性能不佳，制约了其实际应用。

为提高LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料的电化学性能，国内外研究者做了大量的工作，采取的措施主要包括元素掺杂，表面包覆，减小颗粒尺寸及通过调整合成工艺优化材料的微观组织结构和形貌。其中，以调控材料晶体结构为目的的元素掺杂和优化材料表层理化特性为目的的表面包覆技术是改善正极材料电化学性能的两类最有效的途径。目前报道的元素掺杂研究主要集中在过渡金属位掺杂，掺杂元素主要为Ti，Al，Mg，Li等，元素掺杂可提高材料的结构稳定性和载流子浓度，从而改善材料的循环性能和倍率性能。而表面包覆金属氧化物、金属氟化物、磷酸盐或锂快离子导体，可减少正极材料与电解液之间的接触，减少副反应，提高正极材料与电解液间的界面稳定性，从而有效地提高材料的循环性能、倍率性能、高温性能。

本领域需要开发一种倍率性能与循环性能更加优异的LiNi_0.5Mn_0.5O₂正极材料，且制备方法易于工业化生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种镍锰酸锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)混合锂源、镍源、锰源、钼源和螯合剂，得到前驱体；

(2)将步骤(1)的前驱体加热进行预分解，得到分解产物；

(3)将步骤(2)的分解产物研磨，随后进行烧结，冷却后得到镍锰酸锂正极材料。

本发明在制备LiNi_0.5Mn_0.5O₂正极材料的锂源、镍源、锰源中混入钼源和螯合剂，通过形成含钼化合物包覆在正极材料表面，或对正极材料进行体相掺杂，实现提高正极材料倍率性能的目的。本发明所述制备方法简单、易控，原料来源广泛，且可以降低烧结温度，减少能耗和成本，适合大规模推广；制备得到的LiNi_0.5Mn_0.5O₂正极材料纯度高，颗粒尺寸小，性能优异。

本发明所述前驱体中Li元素、Ni元素、Mn元素、Mo元素、螯合剂的摩尔比为(0.95～1.05):0.5:((0.5-y)～0.5):y:(0.1～2)；0.005≤y≤0.20。

优选地，0.005≤y≤0.10。

本发明步骤(2)所述预分解温度为150～250℃，例如170℃、190℃、210℃、230℃、240℃等，优选为200℃。

优选地，所述预分解时间为2～10h，例如3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h等，优选为4h。

本发明步骤(3)所述烧结温度为650～950℃，例如670℃、690℃、710℃、730℃、770℃、820℃、870℃、930℃等，优选750～850℃。

优选地，所述烧结时间为2～20h，例如3h、5h、8h、10h、14h、18h等，优选为10h。