[发明专利]凹土包覆镍锰酸锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制造技术领域，具体涉及凹土包覆镍锰酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

纯电驱动汽车和智能电子设备的发展迫切需要具有更高能量密度、更长寿命的可充放储能电池，而电池的能量密度由电池的理论能量密度以及嵌脱锂电位决定。提高电池能量密度主要决定于高能量密度电极材料体系的开发，而材料的脱嵌锂电位是由材料的本身特性决定的。克容量高的材料由于脱嵌锂离子的数量多自然能够存储更多的电能，而高电压的正极材料在组成全电池以后的电池放电电压高，故也能存储更多的电能。基于以上理论分析，高电压尖晶石镍锰酸锂（LiNi_0.5Mn_1.5O₄）正极材料走进人们的视线。LiNi_0.5Mn_1.5O₄有较高的理论容量（146.7 mA·h/g）和高电压平台（4.7 V），理论能量密度近500W·h/kg，更为重要的是其优异的低温性能。在某些特定的领域，特定的设备上要求电池具有强劲的耐低温性，镍锰酸锂可以在此领域内大显身手。

但是镍锰酸锂也存在缺点，例如导电性差、克容量低等。目前使用的改性方法有包覆、离子掺杂和颗粒纳米化。使用最多的方法还是包覆，常见的包覆物有氧化铝、氧化钛、氧化硼等。但是为了防止引入更多的杂质一般包覆物都为高纯度的化学试剂，价格高昂，虽然使用量不大，但是当镍锰酸锂大规模商业化应用后，包覆物的用量也不可小觑。现提出一种凹土材料作为镍锰酸锂的包覆材料。

“凹土”，全称“凹凸棒石黏土”，是由俄国学者隆夫钦科夫于1862年在乌拉尔地区发现的。它是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，作为一种重要的稀缺性非金属矿产资源，在农牧业、建材、石油、化工、冶金、食品等10多个领域有着广泛应用，也因此被称为“千用之土、万土之王”。凹土是一种非金属稀有矿物质，世界总储量为18.2亿吨，中国江苏盱眙有8.9亿吨，占世界总储量的49%，占中国总储量的74%。目前，中国凹凸棒石粘土的研究与开发还处于初级阶段，基本上还是“原料级产品”，这一前景十分广阔的大市场呼唤有识之士的开发。因此我们提出一种凹土包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法。对于提高凹土资源的综合利用，促进淮安乃至全国的经济社会发展具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种凹土包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法以及制备的产品，显著提高电池在低温条件下的倍率性能以及循环性能。

本发明通过以下技术方案实现：

凹土包覆镍锰酸锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）混料：称量纯净的镍锰酸锂正极材料和凹土先后加入到球磨罐中，干法球磨6~18h，球磨结束分离出球磨珠，得到一种黑色粉体，其中，镍锰酸锂正极材料和凹土的质量比为100:0.5~5，凹土包覆量为1~4wt%；

2）烧结：将步骤1）所得粉体进行热处理至反应完成，得到凹土包覆镍锰酸锂正极材料，所述热处理的升温程序是：室温下以2~5℃/min升温到500~700℃，再在该温度下保温2~4h后自然冷却，过300目筛后得到凹土包覆镍锰酸锂正极材料。

本发明进一步优选，步骤1）中镍锰酸锂正极材料和凹土的质量比为100:1~3。

本发明进一步优选，步骤1）中球磨罐为聚四氟乙烯材质，球磨珠为二氧化锆材质，球磨珠粒径为5~10mm，球磨机转速为200~2000 rad/min，物料的质量与球磨介质的质量比为1: 5~10。更进一步优选，球磨珠粒径为5~6mm，球磨机转速为500~1000 rad/min，物料的质量与球磨介质的质量比为1: 6~8。

本发明进一步优选，步骤1）中凹土包覆量为2wt%。

本发明制备的一种凹土包覆镍锰酸锂正极材料为纯相，具有优越的电化学性能。当包覆量为2wt%时性能最佳，在0.1C下首次放电比容量高达142 mA h g^-1，在1C下100次循环后的容量保持率为90.6%，循环性能优越。在-20℃的低温条件下，1C下的放电比容量依然达到113 mA h g^-1，在1C下100次循环后的容量保持率依然能够达到80.5%，明显优于未包覆的镍锰酸锂。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

一、本发明制备的一种凹土包覆镍锰酸锂正极材料，直接对纯净的镍锰酸锂进行包覆改性，而且采用的凹土原料无需特殊处理，来源广泛，价格低廉，易于大规模工业化生产。