[發明專利]一種合成高振實密度尖晶石材料LiNi0.5Mn1.5O4的方法

有效

• 申請號: 201110186663.3
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102344168A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 龍冰
• 申請（專利權）人: 成都匯利投資有限公司
• 主分類號: C01G45/12
• 分類號: C01G45/12
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 楊保剛;徐豐

技術領域

本發明屬于無機功能材料合成領域，適合高振實密度鋰離子電池5V級正極材料的制備。

背景技術

一般將充放電平臺在4.5V以上的鋰離子電池正極材料稱為高電位正極材料，或5V級正極材料，根據目前的研究結果，這類高電位正極材料主要有尖晶石型LiM_xMn_2-xO₄?(這里0≤x≤1?，M為鐵、銅、鈷、鎳、鉻及其同族的過渡金屬元素)、橄欖石型LiMPO₄?(M為鈷、鎳、鉻及其同族的過渡金屬元素)、及其它一些層狀結構的材料。其中，具有4.7V電壓平臺的尖晶石性鎳錳酸鋰材料（化學式為：LiNi_0.5Mn_1.5O₄），無論是從理論計算還是從實驗室的制備研究中均被證實具有優異的應用前景，是目前高電位材料開發的一個熱點。

具有5V級充放電平臺的高電位材料鎳錳酸鋰因比傳統的鈷酸鋰電壓（3.7V）高30%以上，適合于大功率電池的需要。經過多年的發展，隨著高電位材料配套技術（例如高電位電解液）的發展，高電位材料鎳錳酸鋰逐漸從制備技術、基礎電化學性能研究等走向實用化開發。例如，日本大阪城市大學的Ohzuku與SANYO電子合作組裝的“鎳錳酸鋰-鈦酸鋰”電池在2C下循環2000次后還有90%的容量保持率；韓國LG化學試制了600mAh的“鎳錳酸鋰-石墨”軟包電池；法國CEA下屬的liten公司試制了2Ah的“鎳錳酸鋰-石墨”軟包電池；以色列的ETVM公司則將這種類型的“鎳錳酸鋰-石墨”電池成功應用在遙控飛機上。其它方面，日本的大金工業針對高電位鎳錳酸鋰的應用要求也推出了可用于4.7V電壓平臺的含氟電解液體；美國Enerdel公司則在美國能源部的資助下正開展可用于插電式混合動力車用“鎳錳酸鋰-鈦酸鋰”電池研究

從目前來看，高電位正極材料鎳錳酸鋰的產業化開發已經迎來了重要的機遇，特別是在國家新能源產業快速發展的形勢下，針對現有各種正極替代材料在實用中出現的種種問題，以及在大型動力電池領域、儲能電池領域等對新一代電池材料的安全性、使用壽命、成本等方面提出的苛刻要求，高電位鎳錳酸鋰材料是最有希望在鋰電行業取得革命性突破的鋰離子正極材料，成為新能源領域的重要角色。

于作龍等采用乙醇為分散介質來制備鎳錳酸鋰材料（CN?101844817?A），該專利所述的“溶膠-凝膠-自蔓延燃燒法”因為要經過一個含大量乙醇溶膠的燃燒過程而可能導致燃燒爆炸安全隱患限制了其在工業化大生產中的應用。此外，包括上述專利在內的多篇文獻報道的液相法制備鎳錳酸鋰的路線往往不易提高產物的振實密度，這也限制了所制備電極材料在實際電池生產工藝中的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本、易規模化、工業操作安全性高的用于制備高振實密度5V級鋰離子電池正極材料尖晶石型鎳錳酸鋰的方法，

用于制備高振實密度5V級鋰離子電池正極材料尖晶石型鎳錳酸鋰的方法：將原料配制成溶膠，將該溶膠經預燒、正式煅燒處理得到最終產物。該過程具有成膠方法簡單，生產周期短，能耗低、規模化生產中安全隱患少、生產成本少等特點，且通過該方法制備的尖晶石型鎳錳酸鋰正極材料產品純度高、振實密度高、產物顆粒均勻，電化學性能穩定。

以下是關于本發明“一種制備高振實密度5V級鋰離子電池正極材料尖晶石型鎳錳酸鋰的方法”的敘述：

本發明的制備方法包括以下工藝步驟：

將特定比例的鋰鹽、鎳鹽、錳鹽、助劑溶解在去離子水中，攪拌并加熱使之形成溶膠混合物；

將該溶膠在特定溫度下經特定時間預燒后得到初產物；

將初產物在特定溫度下經特定時間高溫正式煅燒后得到最終產品。

按照本發明提供的的技術路線，其特征在于：采用去離子水為溶劑，以鋰、鎳、錳化合物及相關助劑為原料，形成溶膠，實現在分子水平上的均勻分散，經必要的干燥、脫水、低溫預燒、高溫煅燒，最終形成電化學性能優良的鎳錳酸鋰產品。