[發(fā)明專(zhuān)利]一種稀土釔摻雜的錳酸鋰電池正極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110319509.9
• 申請(qǐng)日: 2011-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102368555A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國(guó)星;楊福慶;文一波;王凱;涂國(guó)營(yíng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京桑德環(huán)保集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M4/505
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種稀土釔摻雜的錳酸鋰電池正極材料的制備方法，屬于鋰電池正極材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色環(huán)保、可再生的化學(xué)能源，目前正以其它電池所不可比擬的優(yōu)勢(shì)迅速占領(lǐng)了移動(dòng)電話、筆記本電腦、小型攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)等應(yīng)用領(lǐng)域，并有可能取代鎘鎳和氫鎳電池用于航天領(lǐng)域。鋰電池的市場(chǎng)將會(huì)爆發(fā)性增長(zhǎng)已經(jīng)無(wú)需置疑，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)量的快速擴(kuò)張必將帶動(dòng)對(duì)鋰電池材料的需求。

正極材料是制造鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一。目前，商業(yè)化鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元復(fù)合材料和磷酸鐵鋰。其中鈷酸鋰價(jià)格昂貴、安全性能差，且對(duì)環(huán)境污染大，無(wú)法在動(dòng)力電池中應(yīng)用；鎳鈷錳三元復(fù)合材料循環(huán)穩(wěn)定性差，安全性能不理想；磷酸鐵鋰合成的一致性差，體積比容量低，導(dǎo)電率差；而尖晶石型錳酸鋰具有資源豐富、價(jià)格低廉、能量密度高、無(wú)污染、易回收、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料，尤其在動(dòng)力電源方面的應(yīng)用更具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

然而，以尖晶石錳酸鋰為正極材料的鋰離子電池在循環(huán)時(shí)，尤其是在高溫(55℃以上)條件下進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)時(shí)，存在著容量衰減問(wèn)題，制約了尖晶石錳酸鋰的大規(guī)模應(yīng)用。尖晶石錳酸鋰高溫容量衰減快和循環(huán)性能差的主要原因，有以下三方面：①錳酸鋰深度放電的情況下發(fā)生Ja小時(shí)n-Teller效應(yīng)，使晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變；②錳酸鋰正極材料中錳的溶解；③電解液在高溫和高壓下分解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有尖晶石錳酸鋰為正極材料的鋰離子電池在循環(huán)時(shí)，尤其是在高溫條件下進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)時(shí)，存在著容量衰減的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種稀土釔摻雜的錳酸鋰電池正極材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種稀土釔摻雜的錳酸鋰電池正極材料的制備方法，其制備方法如下：

將鋰鹽、錳鹽按摩爾比為1.0～1.1∶2的比例混合，再加入釔鹽獲得鋰錳釔混合物，將所述鋰錳釔混合物用去離子水溶解，充分?jǐn)嚢?，升溫?0～80℃獲得鋰錳釔混合溶液；

稱(chēng)取與錳鹽同摩爾量的絡(luò)合劑，溶于去離子水中，在不斷攪拌條件下，將所得絡(luò)合劑溶液緩慢滴加到所述鋰錳釔混合溶液中，獲得鋰錳釔絡(luò)混合溶液；

向步驟鋰錳釔絡(luò)混合溶液中加入25％的濃氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH值至7～8，并在70～80℃條件下加熱2～6小時(shí)，得到濕凝膠；

將所述濕凝膠在80～110℃條件下真空干燥8～16小時(shí)，去除水分得到蓬松的干凝膠；

將所述干凝膠研磨成粉末，放在馬弗爐中在300～500℃條件下保溫4～5小時(shí)，分解有機(jī)物得到前驅(qū)體；

將所述前驅(qū)體研磨成粉末，放在馬弗爐中緩慢加熱至300～500℃并保溫4～12小時(shí)，然后升溫至700～850℃煅燒6～12小時(shí)，自然冷卻至室溫，研磨成粉末即所述錳酸鋰電池正極材料。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、原料易得、效率高，且提供了一種產(chǎn)品組成明顯不同于現(xiàn)有錳酸鋰產(chǎn)品的稀土釔摻雜的錳酸鋰；摻釔錳酸鋰中包含有尖晶石型錳酸鋰和稀土元素釔，由于釔的加入，非常有效地抑制了容量的衰減，使得改性后的錳酸鋰具有更好的循環(huán)性能和更高的穩(wěn)定性。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。

本實(shí)施例所涉及的一種稀土釔摻雜的錳酸鋰電池正極材料的制備方法如下：

(1)將鋰鹽、錳鹽按Li∶Mn摩爾比為(1.0～1.1)∶2混合，再加入釔鹽(按所述摻雜元素所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例加入)，將它們用去離子水溶解，充分?jǐn)嚢?，升溫?0～80℃；

(2)稱(chēng)取與錳鹽同摩爾量的絡(luò)合劑，溶于去離子水中；在不斷攪拌條件下，將所得絡(luò)合劑溶液緩慢滴加到步驟(1)所得的混合溶液中；

(3)向步驟(2)的混合液中加入25％的濃氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH值至7～8，70～80℃條件下加熱2～6小時(shí)，得到濕凝膠；

(4)將濕凝膠在80～110℃條件下真空干燥8～16小時(shí)，去除水分得到蓬松的干凝膠；

(5)將干凝膠研磨成粉末，放在馬弗爐中在300～500℃條件下保溫4～5小時(shí)，分解有機(jī)物得到前驅(qū)體；

(6)將前驅(qū)體研磨成粉末，放在馬弗爐中緩慢加熱至300～500℃并保溫4～12小時(shí)，然后升溫至700～850℃煅燒6～12小時(shí)，自然冷卻至室溫，研磨成粉末即得產(chǎn)物。