[发明专利]一种多孔立方体锂电池正极材料镍锰酸锂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔立方体锂电池正极材料镍锰酸锂及其制备方法。所述的制备方法包括：在水中加入草酸、锂源、镍源和锰源，搅拌溶解，然后向其中加入可溶性淀粉，搅拌均匀，得到混合溶液；所得混合溶液于75‑95℃条件下除去水分，之后置于真空条件下干燥，得到前驱体；所得前驱体在含氧气氛中于700‑800℃条件下煅烧，即得到多孔立方体锂电池正极材料镍锰酸锂；其中：所述草酸的加入量为控制草酸根的摩尔量为镍源中镍元素和锰源中锰元素的总摩尔量的1.5‑2.0倍；所述可溶性淀粉在体系中的浓度为15‑20wt％。按本发明所述方法制得的镍锰酸锂具有优异的循环稳定性，特别是具有优异高倍率性能，且制备工艺简单易行。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料镍锰酸锂，具体涉及一种多孔立方体锂电池正极材料镍锰酸锂及其制备方法。

背景技术

作为最具吸引力的绿色能源之一,锂离子电池正引起广泛的研究由于其能量密度高、循环性能好和环境友好性。在不同电极材料中,尖晶石型LiMn₂O₄与三维晶体结构成为最有前途的正极材料，其中镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)具有4.7V的高放电平台和146.7mAh/g的理论比容量，并且具有成本廉价和环境友好的优点。

镍锰酸锂正极材料的方法主要有共沉淀法、固相法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法。其中，固相法工艺简单，成本较低，但存在电化学稳定性差、颗粒分布不均匀、形貌不规则、有杂相等不足。共沉淀法工艺相对简单，材料形貌好，材料容量高，倍率和循环性能好，是目前合成镍锰酸锂最有前景的方法之一。

目前使用共沉淀法合成镍锰酸锂材料前驱体的沉淀剂多为草酸盐、氢氧化物、碳酸盐等。现有已报道的使用草酸盐共沉淀法合成镍锰酸锂材料的方法，多为两种或多种沉淀剂，或者需要惰性气体保护、控制pH，工艺较为复杂，操作条件难以控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多孔立方体锂电池正极材料镍锰酸锂及其制备方法。按本发明所述方法制得的镍锰酸锂具有优异的循环稳定性，特别是具有优异高倍率性能，且制备工艺简单易行。

本发明所述的多孔立方体锂电池正极材料镍锰酸锂的制备方法为：在水中加入草酸、锂源、镍源和锰源，搅拌溶解，然后向其中加入可溶性淀粉，搅拌均匀，得到混合溶液；所得混合溶液于75-95℃条件下除去水分，之后置于真空条件下干燥，得到前驱体；所得前驱体在含氧气氛中于700-800℃条件下煅烧，即得到多孔立方体锂电池正极材料镍锰酸锂；其中：

所述草酸的加入量为控制草酸根的摩尔量为镍源中镍元素和锰源中锰元素的总摩尔量的1.5-2.0倍；

所述可溶性淀粉在体系中的浓度为15-20wt％。

本发明所述技术方案中，锂源、镍源和锰源的配比与现有技术相同，具体的，是按锂元素、镍元素和锰元素为2：1：3的摩尔比称取锂源、镍源和锰源。所述的锂源、镍源和锰源的选择与现有技术相同，具体的，所述的锂源可以是选自氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂和硝酸锂中的一种或两种以上的组合；所述的镍源可以是乙酸镍或硝酸镍，或者是乙酸镍和硝酸镍以任意比例组成的组合物；所述的锰源可以是选自碳酸锰、乙酸锰和硫酸锰中的一种或两种以上的组合。

本发明所述技术方案中，当所述草酸的加入量为控制草酸根的摩尔量为镍源中镍元素和锰源中锰元素的总摩尔量的1.6倍，且所述前驱体在含氧气氛中于750-770℃条件下煅烧时，所得到的镍锰酸锂呈多孔立方体形状，且具有更为优异的循环稳定性和更为优异的高倍率性能。

本发明所述技术方案中，水的用量可以根据需要进行确定，优选的，可以控制镍源中镍元素在水中的浓度为0.15-0.2mol/L，更优选为0.167mol/L；对于锂元素和锰元素则根据它们与镍元素的摩尔比进行推算。