[发明专利]高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及正极材料，具体地，涉及一种高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法。

背景技术

随着储能、新能源新车产业的发展，动力锂离子电池三元正极材料的需求量不断增大，也是目前市场追逐的热点。富锂锰基正极材料Li[Li_x/3Mn_2x/3·M_1-x]O₂(M＝Ni、Co和Mn)是一种结构相对独特的三元锂离子电池正极材料，一种说法认为富锂锰基正极材料是Li₂MnO₃和LiMO₂两种层状材料的固溶体，另有研究者认为富锂锰基正极材料中的Li₂MnO₃以团簇形式存在于LMO₂体相中。尽管目前富锂锰基正极材料Li[Li_x/3Mn_2x/3·M_1-x]O₂的结构还存在争议，但因其具有高容量和高电压的优势仍受到了广泛地关注。

由于富锂锰基正极材料结构复杂，因此在制备材料时，难以利用单纯固相烧结法直接制得纯相的产物。因此，目前制备富锂锰基正极材料Li[Li_x/3Mn_2x/3·M_1-x]O₂的方法主要是共沉淀法。目前用于制备富锂锰基正极材料的共沉淀体系主要是碳酸盐体系和草酸盐体系。但碳酸盐和草酸盐前驱体配锂烧结过程中会挥发处二氧化碳等气体，导致材料的结构疏松，材料的振实密度仅在1.8g/cm³左右，材料的能量密度不高，制约着材料的进一步推广应用。

相比于碳酸盐和草酸盐沉淀，氢氧化物体系产生的前驱体配氢氧化锂焙烧后无气体产生，结构必然更加密实。但因富锂锰基正极材料Li[Li_x/3Mn_2x/3·M_1-x]O₂中锰含量高，在氢氧化物体系沉淀过程中形核过快，成球不易控制，同时锰离子容易氧化，导致材料出现杂相。因此，通过精确控制反应条件和气氛进而实现氢氧化物共沉淀体系条件下高振实密度的富锂锰基正极材料Li[Li_x/3Mn_2x/3·M_1-x]O₂可控制备对提高材料的能量密度和材料的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法，采用共沉积的方法，通过精确控制体系条件，制备了高振实密度的富锂锰基正极材料，制得的富锂锰基正极材料为球形紧密团聚体颗粒，一次颗粒饱满清晰，结晶度高，该方法制备富锂锰基正极材料的方法操作简单、设备投入量少、便于市场化推广，前景广阔。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高振实密度球形富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将含有镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液和沉淀剂溶液在含有络合剂的溶液中进行反应，过滤，将沉淀物干燥，得前驱体；其中，镍盐、钴盐和锰盐的混合溶液中Ni、Co和Mn的摩尔比为：0.35：0.3～0.4:0.6～0.7；(2)将前驱体与锂源化合物进行混合，预热，预热后升温，保温，冷却。

本发明还提供一种根据前文所述的富锂锰基正极材料。

通过上述技术方案，本发明采用共沉积的方法，制得球形富锂锰基正极材料颗粒团聚紧密，一次颗粒饱满清晰，结晶度高；采用本发明制备的富锂锰基正极材料振实密度在2.1g/cm³以上，颗粒平均粒径为10-14μm，粒度分布均匀，颗粒可形成较为密实的堆积，且材料能保持了充放电测试前的基本球形形貌，材料的结构十分稳定。该方法制备富锂锰基正极材料的方法操作简单、设备投入量少、便于市场化推广，前景广阔。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1制得的富锂锰基正极材料的形貌图；

图2为本发明实施例1制得富锂锰基正极材料的粒径分布图；

图3为本发明实施例1中富锂锰基正极材料在0.5C条件下的首次充放电曲线图；

图4为本发明实施例1中的富锂锰基正极材料在0.5C条件下的循环100次后的SEM形貌图。