[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子正极材料的制备方法，涉及一种基于传统共沉积法改进的两步温度法和固相法结合的制备富锂锰基层状-层状结构材料的方法。

背景技术

锂离子正极材料是锂离子电池的关键部分，它的电化学性能，例如能量密度、倍率性能、循环性能等受到广泛关注。同时，成本和环境友好程度也成为评判材料的重要指标。

现在商业主要采用的正极材料为LiCoO₂，这种材料商用化早，已形成完整的产业链，并且工艺技术成熟；但能量密度、功率密度偏低，很难满足动力电动汽车电池的要求，严重制约了锂离子电池向更多领域发展。

为了解决能量密度和功率密度的问题，磷酸铁锂、NCM三元材料和富锂锰基材料相继问世；磷酸铁锂成本低、对环境友好，并且循环性能优异，但其电导率低、倍率性能差；NCM三元材料中由于镍的引入增加了能量密度同时锰的引入也提高了稳定性，但其振实密度较低；而富锂锰基材料有较高的能量密度，但其倍率性能并不理想。

目前，对正极材料的制备方法主要有共沉积法、溶胶-凝胶法、水热法和固相法。共沉积法合成的材料混合均匀、形貌规整、粒径分布均匀，因而电化学性能稳定，但会引入杂质并且成分配比难以精确控制；溶胶-凝胶法获得的产物纯度高、粒径均一、比表面积大，但需要蒸发大量水分和有机溶剂，工业生产中费时耗能成本高；水热法工艺简单、耗能低，可直接得到分散且结晶良好的粉体，但只适合少量生产；固相法工艺简单，但对形貌的可控性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于共沉积法合成富锂锰基的锂离子电池正极材料的制备方法。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是这样的：提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括：

步骤一、配制硫酸镍溶液、硫酸锰溶液和硫酸钴溶液；

步骤二、配制Na₂CO₃溶液；

步骤三、反应开始前先向反应釜中通入流动的氮气，并将水浴锅中的去离子水加热至40℃～60℃，待温度恒定后，向反应釜中加入硫酸镍溶液和硫酸钴溶液，并加入去离子水；

步骤四、将部分Na₂CO₃溶液逐滴滴加到反应釜中并搅拌；

步骤五、待部分Na₂CO₃溶液滴加完毕后保温，然后将水浴锅的温度调整至80℃；

步骤六、待温度在80℃恒定后，分别将硫酸锰溶液、剩余的Na₂CO₃溶液、及剩余的硫酸镍溶液和硫酸钴溶液滴加到反应釜中并搅拌；

步骤七、滴加结束后继续搅拌，然后关闭通入氮气及搅拌，密闭陈化；

步骤八、陈化结束后，过滤洗涤沉淀，将沉淀物干燥得到前驱体[Mn_4/6Ni_1/6Co_1/6]CO₃；

步骤九、将所制备的前驱体与Li₂CO₃混合后充分研磨，在空气氛围下对研磨后的粉末进行烧结，即可得到锂离子电池正极材料。

优选地，在所述步骤一中，分别配制1mol/L的MnSO₄·H₂O溶液100ml、NiSO₄·7H₂O溶液25ml、CoSO₄·7H₂O溶液25ml；在所述步骤二中，配制0.3mol/L的Na₂CO₃溶液500ml并搅拌1小时。

优选地，在所述步骤三中，在氮气的气氛下，保持水浴锅的温度为40℃或50℃或60℃，向水浴锅中加入18ml的硫酸镍溶液和6ml的硫酸钴溶液，并加入50ml的去离子水。

优选地，在所述步骤四中，将85ml的Na₂CO₃溶液逐滴滴加到反应釜中，设置搅拌速度为900r/min。

优选地，在所述步骤五中，保温时间为10分钟。

优选地，在所述步骤六中，在滴加过程中保持搅拌速度为900r/min。

优选地，在所述步骤七中，保持搅拌速度不变保温搅拌2h，然后密闭陈化12h。

优选地，在所述步骤八中，将沉淀物置于真空干燥箱中于110℃干燥12小时。