[發(fā)明專利]一種鋰鎳錳氧材料的制備方法及用該材料所制備的鋰離子電池

無效

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• 申請日: 2011-07-13
• 公開（公告）號: CN102299310A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 劉志遠
• 申請（專利權）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池制造技術領域，具體涉及一種高性能的鋰離子電池用鋰鎳錳氧(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)材料的制備方法。

背景技術

隨著各種便攜式電子產品、通訊工具、電動工具和電動車的迅速發(fā)展，電池作為電能的重要組成和存儲形式而受到各國科研者的關注。能量密度高、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好、電壓平臺高等性能優(yōu)勢使鋰離子電池成為最有發(fā)展前途的儲能與動力蓄電池體系。

目前，以磷酸鐵鋰、三元(即鋰鎳鈷錳氧或鋰鎳鈷鋁氧)、錳酸鋰等正極材料為代表的大容量動力鋰離子電池雖然已開始走向商品化，但是在電動汽車領域，還遠遠不能滿足所需要的性能。因此，開發(fā)高電壓的正極材料，提高動力鋰離子電池的功率密度是一個發(fā)展的方向。其中混合氧化物型尖晶石結構化合物鋰鎳錳氧(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)正極材料，具有很好的循環(huán)性能與相當高的比容量(可達146.7mAh/g)，是高功率鋰離子電池的首選正極材料。

傳統(tǒng)的LiNi_0.5Mn_1.5O₄合成方法有固相法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、乳膠法、復合碳酸鹽法、熔鹽法、燃燒法、超聲噴霧分解法，但這些方法或制備過程繁雜，或制備的材料性能欠佳。何則強等采用流變相反應法合成LiNi_0.5Mn_1.5O₄(何則強，熊利芝，吳顯明等，流變相法制備LiNi_0.5Mn_1.5O₄鋰離子電池正極材料及其電化學性質，無機化學學報，2007，7(5)：875-878.)。流變相反應法在較低溫度下使固體反應物處于流變狀態(tài)，合成溫度較低，煅燒時間較短，得到的鋰鎳錳氧顆粒細。但該方法不能很好的對產物的形狀、結構或粒徑進行控制，并且只是提出了采用醋酸鹽類作原料的流變相制備方法，具有較大的局限性。

中國專利(申請?zhí)枺?00910052490.9)公開了一種采用聚合物模板劑制備孔狀LiMn₂O₄正極材料的方法，所制備的材料表面有規(guī)則的孔結構，且比容量高、循環(huán)性能好。但該方法原料在溶劑揮發(fā)后結晶成分不均勻，混合效果比不上流變相反應法，且尚未有報道將此方法應用于制備LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種鋰離子電池用鋰鎳錳氧(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)材料的制備方法及用該材料所制備的鋰離子電池，本方法結合了流變相反應法與模板法的長處，工藝簡單且產物結晶度高、成分均勻、粒徑分布窄、比表面高、電化學性能好。

解決本發(fā)明技術問題所采用的技術方案是該鋰離子電池用鋰鎳錳氧材料的制備方法包括以下具體步驟：

(1)原材料混合分散于溶劑中：將制備LiNi_0.5Mn_1.5O₄的原材料鋰化合物、鎳化合物、錳化合物按化學計量比與模板劑分散于溶劑中，得到原材料混合物；

(2)原材料混合物粉碎：將原材料混合物球磨得糊狀物，糊狀物粒徑范圍為0.5-20μm；

球磨時間過短，混合不均勻，時間太長，則影響制備效率。

(3)糊狀物干燥：將糊狀物置于鼓風干燥烘箱中，烘箱溫度為80-120℃，烘干時間為8-12h，經過此步驟可除去溶劑和水分，得干燥的混合物；

(4)干燥的混合物粉碎細化：將干燥的混合物球磨2-6h，得細化的混合物粉末，粉末粒徑范圍為0.5-20μm；

(5)混合物煅燒：將細化的混合物粉末在空氣或氧濃度＞21％的富氧氣氛下，以0.1-10℃/min的速率升溫加熱，在800-900℃恒溫煅燒1-12h；然后以0.1-10℃/min的降溫速率降至600-700℃保溫12-48h，最后以0.1-10℃/min的速率降溫或隨爐冷卻到室溫，即制得高電壓正極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄，所得材料粒徑大小為5-40μm，孔徑為20-600nm。