[發明專利]一種高倍率性能的鋰離子電池正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110328998.4
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102364731A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 伊廷鋒;岳彩波;丁園;諸榮孫;周安娜
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 周宗如

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種高倍率性能的鋰離子電池LiMn_1.425Ni_0.525Nb_0.05O₄正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其具有比能量大、自放電小、循環壽命長、重量輕和環境友好等優點而成為未來電動汽車和混合電動汽車的首選電源。因此，鋰離子電池及其相關材料已成為世界各國科研人員的研究熱點之一。其中正極材料由于其價格偏高、比容量偏低而成為制約鋰離子電池被大規模推廣應用的瓶頸。此外，和負極材料相比，正極材料能量密度和功率密度低，并且也是引發動力鋰離子電池安全隱患的主要原因。雖然鋰離子電池的保護電路已經比較成熟，但對于電池而言，要真正保證安全，正極材料的選擇十分關鍵。作為動力電池正極材料，其安全性尤為重要，正極材料的發展主要集中體現在尋求高能量密度、高功率密度、環境友好和價格便宜的電極材料。近年來，隨著耐高電壓電解液的研制成功，采用過渡金屬離子對錳離子進行摻雜，生成尖晶石相LiM_0.5Mn_1.5O_4?(M=Cr、Ni、Fe)，可以提高電池的充放電電壓，可達到5?V左右，充分抑制了Jahn-Teller效應的發生，有效的提高了電極的循環壽命，從而引起了人們的廣泛關注。在大量的研究過程中發現，只有材料?LiNi_0.5Mn_1.5O₄表現出一個可接受的穩定性能。盡管LiNi_0.5Mn_1.5O₄具有較高的氧化電壓，但DSC研究表明它仍然具有比層狀鎳鈷酸鋰更高的安全性，仍然可以作為動力電池正極材料。化學計量比的LiNi_0.5Mn_1.5O₄卻很難合成。眾所周知，錳酸鋰的合成溫度一般在700℃以上，但當合成溫度超過650℃時，LiNi_0.5Mn_1.5O₄開始失氧，導致Mn³⁺生成，形成非化學計量比的尖晶石，并伴有NiO等雜質生成，這不但降低了LiNi_0.5Mn_1.5O₄的5V電壓平臺放電容量，也降低其循環性能(Q.?Zhong,?et?al.?J.?Electrochem.?Soc.?1997,?144:?205－213)。目前，提高LiNi_0.5Mn_1.5O₄性能的途徑主要有三個方面：制備納米粒徑材料、制備多孔結構材料及提高其結構穩定性。前兩種方法具有過程復雜多變、能耗過大、成本較高等缺點，不利于實現大規模工業化生產。因此，通過摻雜提高LiNi_0.5Mn_1.5O₄穩定性具有非常廣泛的應用前景。

發明內容

本發明針對現有技術存在的技術問題，提供一種高倍率性能的鋰離子電池LiMn_1.425Ni_0.525Nb_0.05O₄正極材料的制備方法。本發明方法具體步驟如下：

（1）將一定化學計量比的鋰源、錳源、鎳源和鈮源混合，在球磨機中研磨5-10個小時，使之混合均勻得到混合物，所述鋰源、錳源、鎳源和鈮源的金屬原子摩爾比為：(0.95-1.1):1.425:0.525:0.05；

（2）將步驟（1）得到的混合物放入馬弗爐中，按照5-10℃/min升溫速率升溫至850-950℃，在850-950℃下反應15-24小時，隨后自然冷卻到室溫，即制得高倍率性能的鋰離子電池LiMn_1.425Ni_0.525Nb_0.05O₄正極材料。

所述鈮源為五氧化二鈮或者氫氧化鈮Nb(OH)₅。

所述鋰源為碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰、氫氧化鋰中的一種。

所述鎳源為NiO、醋酸鎳、硝酸鎳中的一種。

所述錳源為MnO₂、醋酸錳、硝酸錳中的一種。

本發明的特點是：