[发明专利]一种层状富锂锰基材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种具有高电压高比容量长寿命的富锂锰基正极材料的制备方法。

背景技术

自从跨入二十一世纪以来，能源问题一直困扰着世界各个国家。随着智能技术与工业科技突飞猛进的发展消耗了大量不可再生资源，现在国家与国家之间的竞争不仅仅是经济实力的较量，越来越多的体现在资源(煤炭，石油，天然气)、能源(太阳能、水能、风能、地热能等)的竞争。在我国以传统石油化工为主体的能源结构已经不能满足社会的需求，并且由此产生的环境污染、生态失衡等问题日趋严重，危害着人类的生存，影响人类可持续发展的进程。因此，建立一种新型高效清洁能源体系(储能、产能、节能)已经迫在眉睫。工信部提出弯道超车口号，电池产业恰好迎合了科技发展的步伐。目前的化学电源，如传统的铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池等，由于能量密度低，记忆效应，污染环境等问题已不能迎合如今市场的需求。同时已经商用的正极材料LiCoO₂价格昂贵，毒性较大，制约着锂电池的发展，寻求价格低廉、安全稳定、高比能量的正极材料成为电极材料发展的趋势。

富锂锰基层状材料因为锰是材料的主体，锰元素具有无毒、无污染、储量大、价格低廉等特点，且该正极材料的实际放电比容量超过250mAh/g。通过合成条件的优化、结构的稳定和功能的调控可使其放电比容量达到300mAh/g。富锂层状氧化物成为近年来备受关注且具有广泛应用前景的新型高容量正极材料。

发明内容

本发明提供了一种层状富锂锰基Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂材料的公斤级制备方法，有助于提升富锂层状材料比容量、循环寿命和倍率性能。

层状富锂锰基材料Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)共沉淀制备碳酸镍钴锰前驱体[Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54]CO₂：

将镍盐、钴盐、锰盐按照所制备材料的金属离子比例Ni:Co:Mn＝1:1:4配制成均匀料液，称取足量弱酸钠盐配制成均质溶液作为沉淀剂，同时向弱酸钠盐溶液中加入碱性盐溶液配成碱性络合剂；反应釜内加入镍钴锰金属离子比例为Ni:Co:Mn＝1:1:4底液，利用碱性络合剂调制待釜内底液PH、温度、搅拌转速达到设定值时，将料液以一定的速度持续加入到反应釜中，连续反应15～20h；反应结束后，将釜内前驱体静置2～4小时，将反应釜内的前驱体取出洗涤、离心过滤，用鼓风干燥箱将前驱体充分干燥；

(2)配锂混料：

前驱体[Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54]CO₂与锂源按物质的量比为M：Li＝1:1.2～1.5充分混合，其中M为Ni、Co、Mn的物质的量总和，其中Li原子物质的量过量3～8％；

(3)固相合成：

将步骤(2)所得的混合物充分干燥，在空气环境中采用马弗炉烧结，首先从室温升至400～500℃，线性升温时间为1～3h；然后保温4～6h；再升温至750～950℃，线性升温时间3～4h；然后保温12～18h；梯度煅烧完成之后自然冷却至室温，制备出Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂层状富锂锰基材料。

优选地，所述镍盐为硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍、草酸镍中一种。

优选地，所述钴盐为硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、草酸钴中一种。

优选地，所述锰盐为硝酸锰、硫酸锰、醋酸锰、草酸锰中一种。

优选地，所述弱酸钠盐为碳酸钠、醋酸钠、碳酸氢钠、草酸钠中一种。

优选地，所述碱性盐溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氨水中一种或多种。

优选地，所述步骤(2)中采用行星球磨机湿磨或研钵干磨将前驱体[Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54]CO₂与锂源混合均匀。

优选地，所述锂源为碳酸锂、醋酸锂、氢氧化锂、草酸锂、氟化锂中一种。