[发明专利]一种高振实密度富锂锰基正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高振实密度富锂锰基正极材料及其制备方法。通过在富锂锰基正极材料的制备过程中同时添加含硼化合物和含磷化合物作为助熔剂，硼和磷的协同助熔作用改善了煅烧过程中富锂锰基材料的流动性，促进了一次颗粒之间的融合，从而减小了一次颗粒之间的孔隙。采用本发明制备的富锂锰基材料振实密度可达到2.3g/cmsupgt;3/supgt;，在不牺牲材料容量及其它电化学性能的前提下显著提升了富锂锰基材料的振实密度。本发明工艺简单，助熔剂的用量少，在前驱体的制备过程中添加，无需新增设备，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种高振实密度富锂锰基正极材料及其制备方法。

背景技术

随着储能、新能源汽车产业的发展，锂离子电池的需求日益旺盛，然而目前锂离子电池的能量密度还不能很好地满足市场的需求，提高锂离子电池的能量密度迫在眉睫。由于正极材料在锂离子电池中提供锂源，并且决定着锂离子电池的电压，对锂离子电池的性能起到关键作用。因此发展高比容量、高电压的正极材料是提升锂离子电池能量密度的有效有段。目前商业化的正极材料如LiCoO₂、LiFePO₄、LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂等实际比容量均低于200mAh/g，且进一步提升的空间狭小。开发高比容量、高电压的新型正极材料成为必然选择。富锂锰基正极材料具有高比容量和低成本的特点，其化学通式为Li[Li_aM_1-a]O₂(M＝Ni,Co,Mn)(也可以写成xLiMO₂·(1-x)Li₂MnO₃,M＝Ni,Co,Mn)，理论放电比容量超过300mAh/g，实际放电比容量可达到250mAh/g以上，平均放电电压高于3.5V，过渡金属元素以低成本的Mn为主，是下一代高能量密度锂离子电池正极材料的理想选择。

虽然富锂锰基材料具有很高的放电比容量，但是较低的振实密度(小于1.8g/cm³)导致富锂锰基材料的体积能量密度与现有的高镍正极材料相比不占优势；此外，较低的振实密度不利于极片涂布工艺中正极材料在N-甲基吡络烷酮(NMP)溶剂中的分散。因此，制备高振实密度的富锂锰基材料对其实际应用十分关键。

通过共沉淀法制备的富锂锰基材料，其振实密度主要依赖于前驱体的振实密度，而由于富锂锰基材料中的锰含量较高，采用氢氧化物共沉淀工艺制备前驱体时，沉淀过程中成核过快，成球不易控制，同时Mn²⁺在碱性条件下容易被氧化，导致前驱体的形貌较差；而采用碳酸盐共沉淀工艺制备的前驱体在煅烧过程中会产生大量气体，因此煅烧后结构变得疏松，不易获得高振实密度的富锂锰基材料。另外，富锂锰基材料的烧熔温度较高，更不利于获得高振实密度的材料。

发明内容

针对富锂锰基材料振实密度低的问题，本发明提供了一种通过添加助熔剂提高振实密度的方法。助熔剂是一类能降低物质的软化、熔化温度的物质，具有促进晶体的生长的作用。助熔剂的加入改善了煅烧过程中富锂锰基材料的流动性，促进了一次颗粒之间的融合，从而减小了一次颗粒之间的孔隙。本发明中通过硼和磷两种助熔剂的协同作用，在不牺牲材料容量及其它电化学性能的前提下显著提升了富锂锰基材料的振实密度，从而提高对应电池的体积能量密度，促进富锂锰基材料的实用化进程。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种高振实密度锂离子电池富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：

a.按照化学计量比将锂源、镍源、钴源、锰源化合物混合，加入溶剂，利用球磨或者砂磨的方式研磨均匀，得到均一的浆料；

b.向所得浆料中加入硼源化合物和磷源化合物，继续研磨，混合均匀；